RANS方法的螺旋桨与舵附推力鳍相互干扰水动力性能

The Reynolds-averaged Navier-Stokes (RANS) method, along with the Fluent software package, was used to study the steady and unsteady interaction of propellers and rudders with additional thrust fins. The sliding mesh model was employed to simulate unsteady interactions between the blades, the rudder and the thrust fins. Based on the numerical results, the pressure distribution on the propeller and the efficiency of the fins were calculated as a function of the attack angle. The RANS results were compared with results calculated by the potential method. It was found that the results for the potential method and the RANS method have good consistency, but they yield maximum efficiencies for the fins, and thus corresponding attack angles, that are not identical.     

船体影响下舵附推力鳍的节能效果研究

通过CFD方法实现船舶自航试验模拟,计算在船体影响下舵附推力鳍可带来2.3%左右的节能效果,分析指出舵附推力鳍通过吸收螺旋桨尾流能量,增加螺旋桨推力,改善船尾伴流,降低船身阻力的节能原理。计算敞水状态下桨/舵/舵附推力鳍系统的推进性能,并与船体影响下的推进性能进行比较,指出敞水状态下舵附推力鳍的工作状态与在船体影响下有着较大不同,为设计人员提供基础参考。     

船体影响下舵附推力鳍的节能效果研究

通过 CFD方法实现船舶自航试验模拟,计算在船体影响下舵附推力鳍可带来2.3%左右的节能效果,分析指出舵附推力鳍通过吸收螺旋桨尾流能量,增加螺旋桨推力,改善船尾伴流,降低船身阻力的节能原理。计算敞水状态下桨/舵/舵附推力鳍系统的推进性能,并与船体影响下的推进性能进行比较,指出敞水状态下舵附推力鳍的工作状态与在船体影响下有着较大不同,为设计人员提供基础参考。     

船舶运动状态下舵附推力鳍水动力性能分析

采用基于RANSE的数值波浪水池技术和数值拖曳水池技术,针对75 000 t船模型开展带有纵摇和横摇运动的自航CFD模拟研究。首先进行静水中的船模阻力和自航CFD模拟,通过与模型试验结果比较,初步验证了文中的CFD模拟方法 ;随后开展不同运动状态下是否带有舵附推力鳍的船模自航CFD模拟,并对该种状态下的船模阻力、运动响应以及船后螺旋桨的推力和扭矩等进行分析,获得相关变化特性。该项研究对于运动中船舶快速性研究和预报等,具有较好的指导意义和参考价值。     

桨后舵附推力鳍理论计算

螺旋桨与舵附推力鳍,分别采用升力面法和基于速度势的面元法计算,两者之间的相互干扰采用迭代计算。在计算面元的影响系数时,应用了Morino导出的解析计算公式,以加快数值的计算速度。分析了不同螺旋桨尾涡模型对舵附推力鳍水动力性能的影响,并提出一种新的螺旋桨尾涡模型。计算了加装舵附推力鳍之后螺旋桨尾流场周向诱导速度沿径向的分布。对影响推力鳍助推效率的几个主要参数进行了变尺度研究。     

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。     

反应舵在螺旋桨尾流中的水动力性能

本文对反应舵在螺旋桨尾流中的水动力性能及桨舵干扰进行了研究。舵的水动力及周围流场用面元法计算，螺旋桨性能用无限叶数的简易螺旋桨理论预估。桨舵干扰作用以迭代方法求得。采用面元法计算反应舵的性能，可以更精确地反映较复杂的反应舵表面形状对水动力性能的影响。通过计算得到的舵表面压力分布可看出反应舵节能的原因。本文还对反应舵的操纵性能进行了计算和研讨。     

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。     

复合式液压台车在大型船舶螺旋桨、舵叶安装中的应用

沪东中华造船集团在建造大型集装箱船时首次采用复合式液压台车，用于该船螺旋桨、舵叶的安装，这项新技术、新工艺的应用在很大程度上提高了螺旋桨、舵叶安装的安全性。本文主要介绍采用复合式液压台车的原因及台车的主要构：造和应用。     

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.     

Fluent软件在水面船舶数值计算中的应用

为探讨商业计算流体力学软件Fluent在水面船舶数值模拟中的应用,本文采用几个带自由液面模型的算例对湍流模型的选取,计算网格的划分以及边界条件设置等进行分析比较.基于计算结果与试验数据的对比分析,研究Fluent软件在船舶水动力学计算方面的优缺点,探讨Fluent软件用于船舶水动力学性能计算的适用性.     

基于SPH法的冰与船舶螺旋桨碰撞数值模拟

在结冰海域航行的船舶螺旋桨会因受到冰块的撞击而出现严重的损坏。该文建立了冰—桨碰撞计算模型,冰模型采用SPH(光滑粒子流体动力学)法,运用非线性有限元软件ANSYS/LS-DYNA数值模拟了螺旋桨与冰在不同速度、位置下碰撞和螺旋桨与不同半径冰碰撞下的动态响应。对比研究了在以上单一碰撞因素下桨的变形、单元最大应力以及碰撞过程中产生的碰撞力等响应差异,定性地得出上述因素对冰—桨碰撞的影响规律,为船舶螺旋桨抗冰性能的结构设计提供参考。     

船-舵-桨的水动力干扰效应研究

基于计算流体力学方法,结合滑移网格技术与动网格技术,实现了带自由面的双桨双舵舰船的直航与斜拖的数值模拟试验,并根据数值模拟所得到的若干数据求取了桨的实效伴流系数ω_p、流入舵的纵向有效速度u_R与有效冲角α_R、操舵诱导横向力关于舵力的修正因子α_H及其距舰船重心的无量纲距离x"_H等船、舵、桨相互干扰系数。数值模拟结果与权威水池试验结果相比对,吻合良好。     

舰船螺旋桨数值模拟中不同网格类型的比较

不同网格类型的使用对螺旋桨不同问题数值模拟的各个方面都有重要影响。在STAR-CCM+平台上,使用RANS方法 SST kω模型对第27届ITTC指定螺旋桨进行了数值模拟,并从网格生成效率、网格计算效率、预报准确性等3个方面对3种主流的非结构网格进行比较。预报准确性的比较又从宏观(螺旋桨推力和扭矩)和微观(涡结构、尾流压力场、局部流场)2个方面进行。使用3套不同粗细的网格分析了3种网格数量变化对数值结果的影响。结果表明:四面体网格具有最高的网格生成效率和网格计算效率,但细节预报最差,网格数量变化对结果影响大;修剪网格的生成效率和计算效率处在二者之间,但对流场细节的预报最好;多面体网格的生成效率和计算效率都最低,而细节的预报处在二者之间,网格数量变化对结果影响最小。     

全回转舵桨推进装置和曲折轴系安装技术探讨

介绍了全回转舵桨推进装置和曲折轴系在安装中的体会与经验,为同类产品的安装提供一些有益的方法和经验．     

动网格方法在螺旋桨非定常轴承力数值计算中的应用

为了探究螺旋桨轴承力的非定常变化特性,研究了动网格(DM)方法在螺旋桨非定常轴承力(UBF)数值计算中的适用性问题。首先,通过3套不同质量网格的数值计算比较,进行网格无关性检验,选出合适的计算网格。进一步采用所选网格DM数值模拟,并将结果与滑移网格(SM)方法、势流(PM)方法及试验方法得到的结果进行对比。分析结果显示了DM方法得到的螺旋桨UBF结果与SM方法以及试验的结果吻合较好,且优于PM方法。同时,DM方法与SM方法得到的流场分布也几乎一致。研究表明:DM方法应用于螺旋桨UBF数值计算是可行的。     

基于CFD方法的6500 TEU集装箱船舵空泡腐蚀数值模拟研究

  目的  为深入研究舵空化时的精细流场及其非定常水动力性能的相关规律,  方法  针对某型船的桨、舵模型进行建模,采用结构化网格、SST k-ω湍流模型和流体体积（VOF）方法对舵空泡进行计算。针对舵空泡问题进行实船观测试验,将舵空泡的计算结果与实船舵空泡的观测结果进行对比,验证数值方法的可靠性。对舵空泡的周期性变化进行探讨和分析,并基于空化和非空化2种状态对3种舵角下的舵空泡进行计算。  结果  结果显示,当空化范围较小时,空化对舵力时均值的影响较小,随着空化范围的增加,空化对舵力时均值的影响明显变大,尤其是舵效显著降低;一旦发生空化,舵非定常力的脉动幅值将大幅增加,且空化范围越大,舵非定常力的脉动幅值越大。  结论  研究结果可为评估空化发生后舵的水动力性能及舵的优化设计提供技术支撑。     

250T船艉液压工作平台系统设计

研制了一种用于舵叶和螺旋桨安装的250T船艉液压工作平台。该平台主要由行走台车、舵叶安装立架和螺旋桨安装立架等组成,以S7-300作为系统的控制核心,比例伺服阀配合位移传感器形成闭环控制,采用主从同步控制策略实现多缸同步运动,台车平台采用网格结构,并利用有限元法进行结构优化。