船用螺旋桨及桨后发电机设计可行性研究

  目的  以概念船舶节能装置为研究对象,  方法  在船用螺旋桨后布置尾流发电机,利用螺旋桨的高速尾流推动发电机叶轮旋转,从而带动发电机组,将尾流能回收转化为电能,降低船舶的总体能耗。将螺旋桨及海流发电机视作组合推进器一体设计,采用涡格法分析桨的水动力性能,采用原创的改进叶素动量方法评估桨后处于高度非均匀流场中的发电机的性能。采用遗传算法设计最佳的海流发电机叶片几何,为某实船提供设计方案,并通过CFD方法验证方案的性能。  结果  经与原桨比较,结果显示：在进速系数不变的情况下,组合推进器的推力可提高约4%,但收到功率略有增加;如果调整转速,则组合推进器在推力略有损失的情况下可降低能耗3.43%。  结论  计算分析证明了该节能装置的可行性,可作为降速航行的替代方法。     

固定叶轮水动力性能数值分析

为研究螺旋桨后固定叶轮的节能效果,采用计算流体力学(CFD)方法对螺旋桨与固定叶轮进行仿真模拟。计算域划分为螺旋桨小域、叶轮小域、外部大域等3个区域,三者均采用结构网格。计算域整体为圆柱形区域,与螺旋桨同轴,靠近螺旋桨与叶轮区域网格加密,来流采用均匀流,分别改变进速系数、螺旋桨与叶轮距离以及叶轮叶数等参数,依计算结果选取最优解并按照加法原则划分并在计算过程中增减工况。分析认为:在距离为0.7D、进速系数1.0、叶轮叶数5叶时,节能效果最佳;同等情况下,效率较不加叶轮提高9.46%。     

新型高效节能型螺旋浆——壳形桨

本文介绍一种适用于拖船、拖网渔船的新型螺旋桨－－壳形浆,该浆经实船应用证明,具有节以和高效率的优点。     

更换定距桨实现船舶节能

修改船舶推进系统能大大改善推进效率。讨论了改变螺旋桨直径、叶数、转速和设计点对推进效率的影响，还考虑了在船体上安装导管，特别是高效导管和其他节能装置。当考虑更换螺旋桨时，文中提出了有价值的修改方案。     

新型高效节能型螺旋桨──壳形桨

本文介绍一种适用于拖船、拖网渔船的新型螺旋桨——先形桨,该装经实船应用证明,具有节能和高效率的优点。     

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。     

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。     

艇体/导管螺旋桨干扰特性尺度效应数值模拟研究

尺度效应是船舶性能预报过程中不可忽略的重要因素,对于非常规推进器推进水下航行体其影响更加复杂。文章采用数值模拟方法研究不同尺度下导管螺旋桨与艇体之间的相互干扰,分析尺度效应对推进器艇后推进性能的影响。计算了三个不同尺度自航模型中推进器的艇后作用曲线以及自航点处的推进性能,研究了尺度效应的影响;对自航模型中螺旋桨尺度效应的成分进行分析,得出了螺旋桨尺度效应的主要来源。     

基于MRF模型的对转桨敞水性能数值模拟方法探讨

  目的  为研究混合对转推进系统的推进性能,  方法  采用滑移网格方法,分别对螺旋桨、吊舱推进器、混合对转推进系统的水动力性征进行数值模拟,分析混合对转推进系统中各推进成分相对于其单独工作时的水动力性征差异,研究混合对转推进系统中各部分之间的相互影响规律。  结果  结果表明：在混合对转推进系统中,后桨对前桨的抽吸作用导致前桨推力系数、转矩系数、敞水效率随进速系数的减小而减小,与单独螺旋桨的变化趋势不同;吊舱和桨毂的阻塞效应以及前桨非定常尾流对后桨的干扰作用,导致后桨推力系数、转矩系数及敞水效率与单独吊舱推进器的结果不同;混合对转推进系统效率低于单独螺旋桨,未能体现后桨对前桨尾流的吸能作用,因此在混合对转推进系统的设计研究工作中,需要进一步考虑前、后桨几何参数的匹配问题。  结论  研究结果可为混合对转推进系统的优化设计和工程应用提供参考。     

基于体积力法的船舶回转运动水动力数值研究

船舶的回转性能是船舶操纵性能的一个重要方面,准确预报船舶回转运动时的水动力对于船舶的安全操纵设计具有重大意义。对照试验数据,应用计算流体动力学（CFD）方法,基于商用软件FLUENT 数值求解RANS方程,采用定常旋转坐标系,运用一种便捷的描述型体积力模型代替实体螺旋桨的作用,预报船舶做单平面定常回转运动时的受力和力矩。计算结果与理论值吻合较好,研究表明应用本文所采取的体积力法数值研究船舶定常回转运动是高效、可行的。     

近地、水面时的飞行器动态稳定特性数值模拟

基于非结构动态网格重构技术,采用SA模型以及VOF方法,分别对NACA0012二维翼型自由空间、近地效应以及近水面效应的非定常运动流场进行了数值计算分析,并根据建立的基于小幅度强迫振动的组合动导数辨识方法计算了各个攻角下动导数。计算结果分析表明动导数计算方法准确可靠;中小攻角下,地面与水面以管道效应影响流场,均损失了动态阻尼,柔性的水面损失更多,动导数绝对值更小;大攻角时,两者表现为阻塞效应,柔性水面下的动态阻尼增大,动导数绝对值也变大;相比地面效应,柔性的水面影响范围更广。     

船用交流三速起货机智能化节能改造

交流三速电动起货机空钩、轻载效率低,采用单片机优化处理控制GTO,调节起货机功率因数实现节能,同时使起货机在起动、变速和停车时具有平滑的性能。     

双层圆柱壳内外壳振动与声辐射相似性研究

  目的  研究螺旋桨对潜艇结构振动和声辐射造成的影响。  方法  以螺旋桨不定常激振力为输入,分别以螺旋桨、艇体和整艇外湿表面的振动及其辐射噪声为输出,建立SUBOFF模型艇的艇体通道声学传递函数（ATF）,通过对比上述3部分湿表面的声学传递函数,对照传递函数谱峰频率与螺旋桨的模态频率及其振型,着重分析螺旋桨桨叶振动对螺旋桨垂向激励下潜艇结构振动与声辐射的影响规律。  结果  研究表明：螺旋桨对整艇结构振动和声辐射的影响主要与螺旋桨模态频率及单桨叶交叉振动振型有关。当螺旋桨出现单桨叶交叉振动振型时,螺旋桨和整艇湿表面的声学传递函数出现了明显的谱峰,谱峰频率与螺旋桨模态频率对应,而在艇体湿表面的声学传递函数中该谱峰并未被表现出来;在其他频段,艇体湿表面的声学传递函数基本反映了整艇结构的振动与声辐射特性。  结论  所得结果可为声学设计阶段潜艇螺旋桨的设计提供参考,亦可为整艇噪声源的识别分析提供新思路。     

螺旋桨射流对抛石基床冲刷的数值计算

抛石基床遭螺旋桨射流冲刷破坏而危及码头使用安全,是近几年码头检测评估工作中的新问题,国内海港工程设计规范中未考虑船舶尾流作用对抛石基床的冲刷影响。采用计算流体力学软件Fluent建立螺旋桨射流流场三维数值模型,并利用螺旋桨射流流速的理论研究成果对数值模型进行验证。通过数值模拟,研究螺旋桨射流在码头岸壁和基床底面影响下的变化规律,建立了船舶尾流在重力式码头前沿的最大冲刷流速及其位置的经验公式。     

潜艇流场数值模拟及不确定度分析

为了分析计算流体力学预测结果的可信度问题,采用雷诺平均N-S方程,结合SSTκ-ω湍流模型,对验证研究用的美国DARPA潜艇模型SUBOFF光体湍流场进行数值计算,预报了艇体压力系数,计算流体力学预报值与实验基准数据有较好地吻合,并对雷诺平均N-S方程法进行了验证与确认,不确定度为1.52%.本文相关计算网格数20万左右,单机运行时间大约在2 h后得到收敛值,充分显示了计算流体力学方法在潜艇初步设计中预测水动力性能的高效性、可用性与可信性.