基于RANS法螺旋桨毂帽鳍水动力性能数值研究

分析研究螺旋桨毂帽鳍水动力性能,应用RANS法处理数值粘性流场,数值过程采用FORTRAN语言处理螺旋桨毂帽鳍型值点数据格式以导入GAMBIT前处理软件进行建模。对DTMB4119桨数值计算验证和加鳍后其安装角对桨效率变化的影响,研究其尾流、压力分布等状况,结果表明,合理的安装角明显提高其推进效率,毂帽鳍对流经螺旋桨的流体有一定的阻滞作用,且具有降低尾流速度以减小毂涡形成和增加推力,同时产生转向相同转矩以提高推进性能,具有工程实用性。     

螺旋桨毂帽鳍节能性能的数值模拟

毂帽鳍作为一种新型的船用节能装置,合理地安排其在桨后的位置,能明显提升螺旋桨的推进效率,因此,有必要对毂帽鳍的节能效果进行研究.采用计算流体动力学方法,对毂帽鳍的敞水性能进行模拟.通过改变鳍叶在桨后的各个参数,分析其尾流的变化,以及各重要剖面处的压力分布等情况.模拟结果表明：鳍叶的不同安装角位置对桨的效率变化有明显的影响,而轴向位置的改变则对其效率的提高影响不大.通过观察尾流分布及压力分布图,可以直观地看出鳍叶的主要功效是产生与螺旋桨转向相同的扭矩,同时使尾流速度降低从而削弱乃至消除毂涡.     

基于大涡模拟的螺旋桨毂帽鳍系统精细流场数值研究

对引起螺旋桨毂帽鳍系统推进性能变化的细节及流动本质问题的研究，有助于对毂帽鳍的节能机理产生新的认识，并为改进该系统的推进性能提供新的思路。通过模型试验和大涡模拟方法对螺旋桨毂帽鳍系统进行了力的测量及精细流场的分析，从能量的角度，分析了毂帽鳍节能机理。数值模拟显示，在毂帽鳍的作用下，在紧邻桨毂后方区域的流速比无毂帽鳍时小且低速区域更广，桨毂后方流体轴向和横向动能均有所减小。由此可知，毂帽鳍通过回收一部分螺旋桨释放在尾流中的动能实现节能；在桨毂后安装一种圆锥形导流帽可避免流动分离，能进一步提高推进系统的整体效率。     

37500方LEG运输船螺旋桨毂帽鳍设计研究

毂帽鳍是一种通过回收螺旋桨毂涡旋转能量来达到节能效果的船舶桨后节能装置。本文针对我公司承建的37500方LEG运输船,运用CFD软件对粘性流场中毂帽鳍的敞水性能进行了计算研究,着重考察了毂帽鳍的根部螺距角、错位角、直径比及纵向位置等因素对效率的影响,通过多方案优选设计了适用于该船的毂帽鳍方案,并对该方案进行了模型试验验证。结果表明：在螺旋桨工作点时,螺旋桨效率提高了1.26%。考虑到模型试验的尺度效应,在实船应用时其节能效果将更加显著。     

37500m~3 LEG运输船螺旋桨毂帽鳍设计研究

毂帽鳍是一种通过回收螺旋桨毂涡旋转能量来达到节能效果的船舶桨后节能装置。针对江南造船(集团)有限责任公司承建的37500m3 LEG运输船,运用CFD软件对粘性流场中毂帽鳍的敞水性能进行了计算研究,着重考察了毂帽鳍的根部螺距角、错位角、直径比及纵向位置等因素对效率的影响,通过多方案优选设计了适用于该船的毂帽鳍方案,并对该方案进行了模型试验验证。结果表明,在螺旋桨工作点时,螺旋桨效率提高了1.26%。考虑到模型试验的尺度效应,在实船应用时其节能效果将更加显著。     

螺旋桨毂帽鳍参数定量设定的优化匹配研究

螺旋桨毂帽鳍是一种新型的推进器节能装置。针对DTMB P4119螺旋桨,将不同进速系数下的螺旋桨毂帽鳍的主要参数设定为统一的特定值,进行Fluent软件模拟计算。通过对比加载毂帽鳍前后螺旋桨的水动力性能可知,在不同进速系数下,加载参数设置相同值的螺旋桨毂帽鳍,可使螺旋桨效率提高约0.93%~2.86%。通过观察毂涡分布图可直观看出,桨毂处涡流减弱。结果表明,将毂帽鳍参数的特定值应用到DTMB P4119螺旋桨是可行的,可以提高螺旋桨效率,降低船舶能耗。     

剖面形状对毂帽鳍节能效果的影响及其尺度效应研究（英文）

运用商业计算软件STARCCM+,基于RANS模拟与分析对敞水中的螺旋桨及其毂帽鳍进行了数值研究。首先通过逐步变化包含各区域的网格数,对桨叶及毂帽鳍区域进行了网格无关性验证,并选取了合适的计算网格;然后对具有不同剖面形状的毂帽鳍进行了模型尺度水动力性能计算及流场分析,鳍的剖面形状基于"NACA M7"S形翼型修改而来;最后对典型的毂帽鳍进行了实尺度RANS计算,并分析了其节能效果的尺度效应。结果表明:与平板型毂帽鳍相比,无论是厚度分布形式还是拱度分布形式,剖面形状的优化均能够提高毂帽鳍的节能效果;由于流场改变以及毂帽鳍叶片来流攻角的增大,实尺度下毂帽鳍节能效果得到进一步提高,而由于流动状态不同,不同剖面的毂帽鳍尺度效应不同。建议在可能的情况下,应在实尺度条件下开展毂帽鳍的设计工作。     

伴流分布对螺旋桨毂帽鳍节能效果的影响

基于CFD模拟与分析,考察船尾伴流分布对螺旋桨毂帽鳍节能效果的影响,并对敞水条件下设计的毂帽鳍进行适伴流优化。采用Star CCM~+软件,分别在均匀来流以及KCS船尾伴流中进行螺旋桨毂帽鳍水动力性能的RANS模拟,比较毂帽鳍在不同来流场中的节能效果,并对节能机理进行了分析。针对KCS船实尺度伴流场,通过鳍片螺距角的改变,优化节能效果。计算结果表明:毂帽鳍在非均匀伴流中的节能效果显著高于在敞水中,敞水中的毂帽鳍的最优设计方案不一定适用于非均匀伴流,适当改变毂帽鳍的几何参数可进一步提高其在船尾伴流中的节能效果。     

螺旋桨毂帽鳍节能装置的数值评估与试验研究

对螺旋桨毂帽鳍装置的节能效果采用粘流CFD数值模拟与模型试验的方法进行了评估.利用CFD数值工具对毂帽鳍的节能机理、螺旋桨与毂帽鳍的相互作用,以及雷诺数对节能效果评估的影响进行了详细研究.研究表明,在将桨毂、毂帽鳍和桨叶看作一个系统来考虑时,才能定量评估出节能效果.毂帽鳍对整个系统总推力影响很小,对总扭矩显著减小,从而效率增加.实型尺度雷诺数下毂帽鳍计算得到的节能效果更高,这间接证实了毂帽鳍实船节能效果可能比模型试验节能效果更显著.     

毂帽鳍的节能机理分析

应用计算流体力学方法(CFD),结合RNG湍流模型和动参考系计算模型(MRF),对普通桨和桨+毂帽鳍的敞水水动力性能进行计算,通过对毂帽鳍及螺旋桨叶片的受力情况进行研究,结合普通桨和桨+毂帽鳍2种情况的桨后尾流场分析,结果表明,桨后毂帽鳍上产生的推力和扭矩有限,桨+毂帽鳍的节能机理主要是利用毂帽鳍削弱了毂涡,改善了桨后流场周向速度,提高了前桨的推力,从而提高了效率。     

CFD simulation of propeller and rudder performance when using additional thrust fins

To analyse a possible way to improve the propulsion performance of ships,the unstructured grid and the Reynolds Average Navier-Stokes equations were used to calculate the performance of a propeller and rudder fitted with additional thrust fins in the viscous flow field.The computational fluid dynamics software FLUENT was used to simulate the thrust and torque coefficient as a function of the advance coefficient of propeller and the thrust efficiency of additional thrust fins. The pressure and velocity flow behind the propeller was calculated. The geometrical nodes of the propeller were constituted by FORTRAN program and the NUMBS method was used to create a configuration of the propeller,which was then used by GAMMBIT to generate the calculation model. The thrust efficiency of fins was calculated as a function of the number of additional fins and the attack angles. The results of the calculations agree fairly well with experimental data,which shows that the viscous flow solution we present is useful in simulating the performance of propellers and rudders with additional fins.     

吊舱式电力推进船舶螺旋桨匹配设计仿真研究

在国内,吊舱推进器的设计还处于理论起步阶段,尤其是吊舱推进器螺旋桨,其设计方法尚未成熟,而螺旋桨的设计对于整个推进系统推进性能的影响又尤为关键,关系到船—机—桨匹配的综合推进性能。为此,采用常规螺旋桨敞水特性图谱等效设计POD螺旋桨参数的方法对吊舱推进器螺旋桨进行设计,分析吊舱式推进船舶船—机—桨的匹配性能。为了提高设计效率及优化推进系统的推进性能,针对吊舱式电力推进船舶,采用常规螺旋桨等效设计方法设计POD螺旋桨参数,同时基于LabVIEW图形化编程语言开发船—机—桨匹配数值分析软件以对设计参数进行静态匹配计算,并与母船的推进效率进行对比,选取最优化的螺旋桨参数作为POD螺旋桨参数,以优化推进效率。研究结果表明：采用常规螺旋桨等效设计方法设计POD螺旋桨参数的方案,同时结合开发的船—机—桨匹配数值仿真分析平台,可以方便、快捷地对吊舱式推进船舶进行船—机—桨匹配分析计算比较,提高推进性能。     

B型图谱桨参数化建模与水动力分析

螺旋桨是水下设备推进系统中的核心零件，图谱桨是螺旋桨中的一种，其下又细分为B型、Ka型、AU型、MAU型等。其中，B型图谱桨的桨叶截面形状为翼型，相对其它桨型效率较高。在对经典的图谱和B型图谱桨参数研究比较之后，基于PropCad对B型图谱桨进行了优化设计，导入SolidWorks生成三维模型实现了参数化建模，模型是盘面比为35%的三叶B型图谱桨。通过ICEM CFD对三维模型进行了网格划分,网格分为流动域、旋转域两部分。在Fluent中利用MRF模型进行数值仿真计算，模型设置为RNG k-epsilon模型，将仿真计算的结果与螺旋桨水下实际应用效果进行了对比。仿真结果和实际效果一致，证明了此建模方法的准确性、可靠性，同时也证明了此螺旋桨实际应用时水动力性能优越。     

螺旋桨直径削边振动分析软件开发

为研究螺旋桨直径削边各关键参数对振动特性的影响，开发螺旋桨直径削边振动分析软件。利用有限元理论，基于Qt平台，结合MATLAB与ANSYS相关模块混合编程完成开发。以4382桨为例进行模态频率的数值预报，并与文献结果对比，误差不超过6.0%，证明该软件的程序和计算结果可信。该软件可为确定船-机-桨匹配下的振动特性最优的螺旋桨直径削边方案提供理论指导，具有良好的工程应用价值。     

Statistical consideration of propeller load fluctuation at racing condition in irregular waves

Propeller load fluctuation in rough sea conditions is caused by two components: one is the fluctuating inflow velocity and the other is the emergence of the propeller disk from the water. Such disturbances cause large fluctuations in engine power and revolutions, and can lead to the failure of the propulsion plant, which is unacceptable in extreme seas. However, due to strong nonlinearity in the effect of propeller emergence and nonlinear interactions with the inflow velocity in the propeller torque fluctuation, the procedure for obtaining the statistical properties of the propeller torque in extreme sea conditions is not clear. If the statistical properties of propeller torque fluctuation—such as the variance and the probability density function—are known, the corresponding statistics of the response of the engine can be obtained, allowing the safe operation of ship propulsion plants in extreme irregular seas to be assessed.     

Design of propeller geometry using streamline-adapted blade sections

We refine the geometry of a propeller by modifying the blade sections to align them with surface streamlines, obtained by the panel method. Redefinition of the blade sections aligned with the streamlines is provided together with surface modeling scheme by which model propellers were built. Numerical simulations and open-water tests on models suggest a possible increase of 1% in propeller efficiency.     

船舶推进节能技术研究与进展

随着船舶燃油价格的上涨,船舶节能技术得到了广泛的关注,本文旨在介绍国内外船舶推进与节能方面的研究与进展。其中包括优秀船型的研究、开发附加流体水动力节能装置、新型高效推进器以及一些特殊船舶节能技术的研究。重点介绍了非对称尾船型、双尾鳍船型、可调距螺旋桨、对转螺旋桨、桨后自由旋转助推叶轮、舵附推力鳍以及一些特殊船舶推进节能装置的研究与应用等。     

内河多工况船机桨匹配优化设计

[目的]内河船舶在航行时存在顺水、逆水和急流等多种工况,传统的内河船舶船?机?桨匹配设计方法仅对船舶在逆水上行时进行了匹配设计,而在顺水下行工况,因船舶推进效率低、主机利用率低,造成油耗成本高、经济性较差等,因此需进行多工况内河船舶船?机?桨匹配优化设计.[方法]首先,在不同工况下对内河船舶推进系统的各参数进行设计,并...     

毂帽鳍的节能机理分析

应用计算流体力学方法（CFD）,结合 RNG湍流模型和动参考系计算模型（MRF）,对普通桨和桨+毂帽鳍的敞水水动力性能进行计算,通过对毂帽鳍及螺旋桨叶片的受力情况进行研究,结合普通桨和桨+毂帽鳍2种情况的桨后尾流场分析,结果表明,桨后毂帽鳍上产生的推力和扭矩有限,桨+毂帽鳍的节能机理主要是利用毂帽鳍削弱了毂涡,改善了桨后流场周向速度,提高了前桨的推力,从而提高了效率。