螺旋桨-舵-舵球推进组合体水动力性能的计算与仿真研究

建立了螺旋桨-舵-舵球推进组合体水动力性能的计算机仿真系统.系统研究了螺旋桨-舵-舵球推进组合体水动力性能的计算方法,建立了相关的仿真数学模型.模型中螺旋桨的水动力性能采用升力面理论涡格法计算,桨毂的影响采用Hess-Smith面元法计算.将舵及舵球的诱导速度作为对桨及桨毂进流的修正,以考查舵及舵球的影响.舵与舵球水动力的计算采用以速度势定义的面元法.在此基础上,进行系统功能设计,编制了计算机仿真系统.应用此软件设计了四种舵球方案,并进行了相应方案螺旋桨的定常水动力性能的计算对比分析.仿真计算表明,设计的舵球方案可有效地提高螺旋桨的水动力性能.其中不对称型舵球方案在实船对比测试中获得了节能5.1%,提高主机功率储备5%以上的效果.     

助推节能扭曲舵性能的理论预报

本文提出了一种新型助推节能扭曲舵性能的升力面理论预报方法。螺旋桨后尾流场诱导速度的计算采用准非线性升力线理论；采用定常非线性涡格法计算处于桨舵诱导速度场中扭曲舵的环量分布，进而计算扭曲舵的附加轴向助推力。扭曲舵的水动力性能计算结果与实验值相符，说明该方法是一种有效的预报方法。     

舵球鳍参数对扭曲舵水动力性能的影响研究

文章对桨后普通舵和扭曲舵的水动力性能进行了试验研究,并采用计算流体力学方法对桨舵系统的水动力性能进行计算,得到了不同进速系数下的推力系数、扭矩系数以及敞水效率,并绘制了敞水性能曲线。通过桨舵模型试验值与计算值的对比,验证了计算方法的可靠性。为了进一步提高扭曲舵的节能效果,在扭曲舵前安装了舵球,优化舵球的半径后在舵球两端安装推力鳍,通过优选推力鳍的各个参数（安装位置、展弦比和安装角）,使桨舵系统的敞水效率逐步提高。确定了舵球鳍的最优参数后,桨—扭曲舵系统的效率进一步提高1.2%。最后通过观察舵表面压力分布、舵附近轴向速度和迹线分布,分析了舵球鳍对桨舵干扰的影响。     

舵球鳍参数对扭曲舵水动力性能的影响研究（英文）

文章对桨后普通舵和扭曲舵的水动力性能进行了试验研究,并采用计算流体力学方法对桨舵系统的水动力性能进行计算,得到了不同进速系数下的推力系数、扭矩系数以及敞水效率,并绘制了敞水性能曲线。通过桨舵模型试验值与计算值的对比,验证了计算方法的可靠性。为了进一步提高扭曲舵的节能效果,在扭曲舵前安装了舵球,优化舵球的半径后在舵球两端安装推力鳍,通过优选推力鳍的各个参数(安装位置、展弦比和安装角),使桨舵系统的敞水效率逐步提高。确定了舵球鳍的最优参数后,桨—扭曲舵系统的效率进一步提高1.2%。最后通过观察舵表面压力分布、舵附近轴向速度和迹线分布,分析了舵球鳍对桨舵干扰的影响。     

基于船-桨-舵组合系统舵球节能效果数值预报

以KCS船、KP505桨及NACA0018舵为研究对象,基于FINE/Marine软件,运用滑移网格技术,根据提出的翼型舵球尺寸,对粘性流场中的桨-舵、桨-舵-舵球组合系统进行水动力性能计算。计算得出该翼型舵球在低进速下,最佳节能效果可达1.66%。在此基础上,对船-桨-舵、及船-桨-舵-舵球系统进行计及自由液面的非定常干扰数值模拟,计算结果表明船-桨-舵-舵球系统的计算结果与桨-舵-舵球系统计算值趋势一致,且该舵球在航速V=2.1968m/s时,其节能效果达2.06%,是相同进速系数下,桨-舵-舵球组合系统的两倍左右,验证了该翼型舵球在两种组合系统下的节能效果,为舵球的实际工程应用提供了重要的理论依据。     

翼型舵球几何参数对桨-舵系统节能效果的影响

以KP505桨及NACA0018舵为研究对象,基于CFD软件FINE/Marine,运用滑移网格技术分别预报了单个螺旋桨及桨-舵组合系统的水动力性能.计算结果表明:裸桨的预报结果与实验值吻合良好,在进速系数为0.1~0.8时,相对误差均在5%以内,且在低进速下,桨-舵系统总效率较裸桨效率有所提高,最高提高1.27%;在高进速下,桨-舵系统总效率降低较大,最大降低6.36%.在此基础上,对桨-舵-舵球组合系统进行计算,通过改变翼型舵球的几何参数,讨论舵球尺寸对桨-舵系统节能效果的影响.结果表明:当翼型舵球剖面相对厚度比为0.28,且最大直径与螺旋桨直径之比为0.16时,节能效果最好,最佳节能效果达到1.62%.同时,通过对桨-舵系统与桨-舵-舵球系统的尾流场进行比较分析,得出舵球的节能原理,为舵球的实际工程应用提供了重要的理论依据.     

均流中大型集装箱船桨舵干扰粘性流场的数值计算研究

应用FLUENT软件的滑移网格技术,实现了均匀来流中的桨舵干扰粘性流场计算。考察了桨推力、舵受力,桨舵周围的速度、压力分布。为尝试预报舵空泡性能,还考察了桨舵间距变化对舵面上的压力分布的影响,取得了与舵空泡观察试验一致的结果。本项工作为船后桨舵干扰粘性流场计算提供了基础。     

桨-舵间距对其组合系统水动力性能的影响

通过计算流体动力学(CFD)方法对敞水桨、桨-舵组合和优化间距的桨-舵组合装置进行数值仿真研究,分析桨-舵间距对其组合系统水动力性能的影响。螺旋桨敞水工况的计算值与物理模型试验值的吻合度良好,验证了数值计算方法的可行性。通过对比桨-舵间距大于推荐值的3个工况发现:在较低的进速系数下,系统的节能效率稍有增加,随着桨-舵间距的增大,节能效率呈现下降的趋势;在较高的进速系数下,随着桨-舵间距的增大,节能效率逐步下降。在较低的和中等的进速系数下,节能效率随着桨-舵间距的减小呈现逐步升高的趋势,在桨-舵间距减少10 mm时,组合体的节能效率最大可增加1.937%;在较高的进速系数下,节能效率随着桨-舵间距的减小有下降的趋势。     

基于速度势迭代的面元法预报对转桨性能

采用基于诱导速度势迭代的面元法预报对转桨的定常水动力性能,在计算中,前桨和后桨的相互干扰通过影响系数实现;前桨尾涡面距后桨表面太近时的异变影响系数通过Lagrange插值求出。同时采用基于诱导速度迭代的面元法预报对转桨水动力性能,并与基于诱导速度势法进行对比,计算结果表明,采用诱导速度势迭代的方法计算的结果与试验值吻合良好。与基于诱导速度迭代的方法相比,计算结果精确,且可以节省计算时间。     

单桨双舵系统水动力性能数值模拟研究

采用结构和非结构网格结合的方法,运用滑移网格技术对单桨双舵系统周围的流动进行了数值模拟。着重考察了桨一舵系统的水动力性能计算,得到了用以评价桨推进、舵操纵的水动力性能的数据。同时,文中还对单桨双舵系统周围的流场进行了分析。数值计算的结果与试验结果吻合良好,验证了文中方法对于桨舵干扰水动力性能模拟的叮谨性。     

舵几何参数对桨舵系统水动力性能的分析(英文)

In order to study the effects of geometric parameters of the rudder on the hydrodynamic performance of the propeller-rudder system,the surface panel method is used to build the numerical model of the steady interaction between the propeller and rudder to analyze the relevant factors.The interaction between the propeller and rudder is considered through the induced velocities,which are circumferentially averaged,so the unsteady problem is translated to steady state.An iterative calculation method is used until the hydrodynamic performance converges.Firstly,the hydrodynamic performance of the chosen propeller-rudder system is calculated,and the comparison between the calculated results and the experimental data indicates that the calculation program is reliable.Then,the variable parameters of rudder are investigated,and the calculation results show that the propeller-rudder spacing has a negative relationship with the efficiency of the propeller-rudder system,and the rudder span has an optimal match range with the propeller diameter.Futhermore,the rudder chord and thickness both have a positive correlation with the hydrodynamic performance of the propeller-rudder system.     

桨-舵间距对其组合系统水动力性能的影响

本文通过CFD方法对敞水桨、桨-舵组合以及优化间距的桨-舵组合装置开展了数值仿真研究，分析了桨-舵间距对其组合系统的水动力性能影响。螺旋桨敞水工况的计算值与物理模型试验值吻合良好，验证了数值计算方法的可行性。通过对比桨-舵间距大于推荐值的三个工况，发现在较低进阶系数下系统的节能效率有稍许增加，然而随着间距的增大，节能效率呈现降低的趋势；在高进阶系数下，随间距增大节能效率逐步降低。适当减小桨-舵间距，在较低和中等进阶系数下，随间距减小节能效率呈现逐步升高的趋势，在间距减少10mm时，组合体的节能效率最大可增加1.937%；不过在高进阶系数下，随间距减小节能效率却有下降趋势。     

面元法预估导管螺旋桨水动力性能的一种新方法

采用一种新的方法预估导管螺旋桨的水动力性能;导管和螺旋桨均采用基于速度势的面元法,它们间的影响通过相互的诱导速度势数值迭代来体现．与诱导速度体现相互影响的方法相比,本文方法可节省编程及计算时间;对JD系列导管螺旋桨的计算与实验结果的比较表明,该方法可以有效地预估导管螺旋桨的水动力性能．     

基于滑移网格与RNG k-ε湍流模型的桨舵干扰性能研究

结合RNG k-ε湍流模型,运用滑移网格技术对粘性流场中桨舵相互干扰引起的三维非定常湍流进行了计算,得到了随进速系数的变化,桨舵之间相互干扰性能的变化规律;同时获得了桨舵干扰性能随桨舵之间的距离的改变而相应的变化规律。文中给出了桨舵干扰水动力性能的计算结果,并与试验测量值作了比较。从对计算结果的分析可知,利用滑移网格技术及RNG k-ε湍流模型,可以较好地模拟桨舵干扰的水动力性能问题。同时文中分析了桨舵表面压强分布规律以及舵的存在对螺旋桨尾流场的影响。     

日照港LNG码头配套航道及防波堤工程方案

日照港岚山港区北作业区规划新增LNG码头,针对其配套航道及防波堤工程平面布置问题,提出3个方案。采用数值模拟方法,推算不同方案下港池、航道,尤其是口门处的测点流速。计算结果表明,工程建设后,港池内各点在防波堤掩护下流速有所降低;受防波堤挑流作用的影响,口门位置处横流流速达到最大;以方案2流速相对较小,且流速大于某一值的持续时间较短。在方案2基础上进行优化,将一段防波堤调整为导流堤,由于导流堤上方可通过一部分水体,堤头附近航道横流有所减小。     

拖式吊舱推进器的非定常水动力性能

应用升力面理论涡格法和面元法,建立了拖式吊舱推进器非定常水动力性能的数值计算方法。螺旋桨桨叶采用升力面理论涡格法计算,吊舱舱体及支架采用HESS-SMITH面元法计算,螺旋桨与吊舱及支架之间的相互影响通过迭代计算来处理。针对拖式吊舱推进器,通过系统的计算和分析,研究了螺旋桨负荷、吊舱和支架诱导速度各分量以及标称与实效诱导速度对其水动力性能的影响。研究表明,就吊舱及支架的实效诱导速度而言,轴向及周向诱导速度主要由支架引起,径向诱导速度主要由吊舱舱体引起。当考察吊舱推进器的定常水动力性能时,可略去吊舱诱导速度的径向及周向分量;考察非定常性能时,可略去径向分量,但应考虑周向分量的影响。以吊舱及支架的标称诱导速度作为进流,将导致非定常推力、扭矩的平均值降低,脉动量幅值减小,因此,虽然标称诱导速度容易得到,但据此进行吊舱推进器的性能预报或设计都会引起一定的误差。非定常水动力的脉动幅值取决于船尾伴流与吊舱诱导速度的相对比例,略去吊舱诱导速度会导致桨叶非定常力的变化特征发生较大变化。     

淤泥质海岸波致液化及航道骤淤问题初步研究

研究波浪与淤泥海床相互作用导致的海床液化、体积冲刷和高浓度近底悬沙的层移输运问题。采用de Wit提出的液化判别条件及计算方法,结合连云港近岸波浪和淤泥力学特征,计算不同来波条件下淤泥质海床的液化深度;进一步考虑浑水中含沙量对流速的折减影响,计算液化层运移速度分布。计算结果表明,大浪条件下,淤泥质海床可能有较大的液化深度,但层移厚度不大。由于层移含沙量较高,在近底水流驱动下仍能形成较大的输沙率和一定规模的大风天航道骤淤。有关研究成果为海床稳定性分析和输沙计算提供了新的思路和方法。