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。     

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.     

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StarCCM+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,...     

螺旋桨毂帽鳍设计新方法

毂帽鳍是一种简单、有效并且经过实践检验的节能装置,目前应用十分广泛.在归纳已有的毂帽鳍设计方法基础上,提出了螺旋桨毂帽鳍设计新方法,给出一例设计结果,并与经验设计结果进行了对比.     

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。     

螺旋桨毂帽鳍水动力性能数值分析

为了预报毂帽鳍的水动力性能,采用计箅流体力学软件对粘性流场中毂帽鳍的敞水性能进行计算研究.模拟某型毂帽鳍在不同进速系数下的推力系数、转矩系数、螺旋桨桨叶表面压力分布和桨毂表面速度矢量分布情况等.通过加鳍螺旋桨与母型桨相关计箅结果的对比,得到:在低进速系数情况下,螺旋桨加鳍后使得推力系数上升、转矩系数下降,导致其效率有所增加;同时由于鳍的存在,改变了桨毂处水流的速度分布,使得原先围绕桨毂随螺旋桨方向旋转的水流沿着鳍向桨后运动而不在桨毂处汇集,从而减弱了桨毂涡流.     

螺旋桨鳍状导流帽的研究和发展

PBCF(螺旋桨鳍状导流帽)改变了螺旋桨毂后的水流,从而分散和减弱桨毂涡,达到增加螺旋桨效率的目的。试验结果表明:敞水推进器试验获益3％到7 ％;7米自航模试验大约获益2％;44979总吨位的 Mercury Ace号汽车运输船大约获益4％。这些数据表明,PBCF结构简单并具有良好的节能效果。     

不对称船尾的节能

随着世界造船技术整体水平的不断提高,新工艺、新技术的不断采用,出现了许多前所未有的设计和观念。为了适应当今全球航运界对各类船舶的经济性要求,以及减少船舶阻力,提高推进效率,降低油耗,以此达到节能的目的,各国许多船舶的设计部门都在竞相加以认真研究和试验。仅对船舶的尾部而言,近年来就有诸如球鼻尾、尾端球体、舵球和舵球加鳍、附加推力鳍、导流鳍、前置导管、叶轮助推螺旋桨、不对称船尾等节能型的措施出现,其中以不对称船尾等的节能效果较为引人注目。通常,对于一般后体方形系数     

9万吨级散货船消涡鳍设计与节能效果验证

消涡鳍(hub vortex absorbed fins,HVAF)是一种船舶推进器水动力节能装置,用来回收螺旋桨毂涡能量。它由一组安装在螺旋桨导流帽上的小叶片组成,叶片数与桨叶数相同。论文以一艘9万吨级散货船为研究对象,开展了消涡鳍设计、CFD节能效果评估、模型试验验证和实船营运节能效果分析。CFD评估表明,加装消涡鳍后,螺旋桨的效率提高2.2%。模型试验显示,加装消涡鳍后螺旋桨的效率可提高2.7%。由实船运营数据分析可知,与未安装消涡鳍的一艘姊妹船相比,加装消涡鳍可节能4%以上。     

船尾桨前垂向整流鳍的减振机理研究及其应用

文章认为在船尾型线设计中若不考虑横剖线的UV度、各水线去流角大小等对船体振动的不利影响,很可能会导致艉部水流异常;螺旋桨盘面处非定常及分布不均匀的艉流将直接导致船体剧烈振动.针对发生了该类有害振动的船舶,介绍一种安装于船尾的垂向整流鳍.通过引用水动力不平衡导致螺旋桨激振力产生的基本原理,探讨垂向整流鳍整流使螺旋桨盘面处原艉流场发生有利改变的实质,揭示船尾桨前垂向整流鳍的减振机理.以实例说明该整流鳍在消除该类振动方面的突出效果.     

伴流补偿导管和消涡鳍组合节能装置实船节能效果验证

水动力节能装置可有效降低新船能效设计指数EEDI值,切实降低船舶燃油消耗并减少温室气体排放,取得环保和经济双重收益,已渐成新造船的标准配置。论文以某型5万吨级散货船为研究对象,对比分析带与不带桨前伴流补偿导管和桨后消涡鳍组合节能装置的共7艘姊妹船的实船试航结果,获得了加装伴流补偿导管和消涡鳍的组合节能装置的节能效果。结果表明:组合节能装置可取得5.3%~8.6%的节能效果,高于模型试验预报值。     

某散货船整流导管节能机理数值分析

为研究整流导管(Flow Straightening Duct,FSD)对船舶水动力性能的影响,分析其节能机理,采用计算流体力学(Computational Fluid Dynamics,CFD)技术,对某散货船加装整流导管前后的水动力性能变化进行数值分析。在计算时考虑螺旋桨的真实几何形状,采用滑移网格方法对船、桨、舵和节能附体相互干扰问题进行数值求解,评估整流导管的节能效果,将计算结果与模型试验结果相对比进行对标验证,研究整流导管对船舶阻力、流场和自航因数的影响,结合微观流场分析导管的节能原理。研究结果表明:采用的整流导管能效分析方法能有效预测导管的节能效果,基于流场分析总结整流导管的节能原理,对船舶节能附体设计有一定的指导作用,可应用于整流导管能效评估和优化设计中。     

舵型参数对襟翼舵升力特性影响的数值计算研究

论文通过对中国船舶科学研究中心开发的船用襟翼舵(CSSRC舵)计及尾翼缝隙位置的敞水升力特性进行数值模拟研究,分析了舵型参数对襟翼舵升力特性的影响规律;在此基础上,以在CSSRC舵上增加整流尾的方式,设计出了鱼尾型襟翼舵,并通过数值计算比较该鱼尾型襟翼舵与CSSRC舵以及NACA66剖面襟翼舵的升力特性,显示其具有更高的升力性能;最后根据系列计算结果,运用逐步回归方法对三种剖面翼型襟翼舵给出了具有工程实用价值的升力系数计算公式。     

颇具特色的巴拿马型散货轮

日本“佐野安·菱野明昌造船”开发的8.3万载重吨巴拿马型散货轮以独特的设计理念使其研制的首制船——Medi Sentosa号散货轮成为领先于业界的楷模。该船最具特色的是燃油舱采用双壳体结构,艉部安装有STF整流鳍（佐野安开发的串联式整流鳍）,7个货舱采用宽度相同的舱口盖。这款被“佐野安·菱野明昌造船”（以下简称为“佐野安”）作为主要营销产品的巴拿马型散货轮向市场推出后得到船东的广泛认同。     

球首蜗尾节能新船型

本文以目前航行于长江下游的优秀大班船东方红11型(简称为东11型)作为改进对象,设计球首蜗尾新船型。在保持东11型主尺度主机不变的条件下,两船型按同一缩尺比制成同长度、同宽度、同吃水,同排水量的船模进行对比试验。试验结果表明:球首蜗尾新船型比东11型降低波形阻力30％以上,提高推进效率20％左右,节省功率22～32％。桨前具有强而均匀的预旋流,有较高而均匀的轴向与周向伴流,因而有较高的船身效率和较低的激振力。球首前缘不超出船首垂线,不影响船舶航行与离靠码头的性能。总之,球首蜗尾船型是一种消波节能效果显著,很有发展前途的新船型。     

平底型高速交通运输艇加装尾插板减阻技术研究

针对平底高速运输艇中高速航行阻力偏大问题,本文采用RANS方法、整体动网格法和HRIC-VOF模型建立了可计算该类艇型中高速航行阻力与姿态的数值方法,计算了尾插板的减阻效果,并从艇体兴波、艇底压力、航行姿态等方面分析了尾插板的减阻机理,最后通过模型试验进一步探索了尾插板的减阻效果及尺寸要求.结果表明,中高速下该艇型加装尾插板的减阻率可达20％～40％.     

不对称尾鳍模型试验研究

不对称尾鳍是安装在单桨船螺旋桨前方艉柱上的一种节能装置.文章分析了不对称尾鳍的节能原理,并以三艘具有不同尾型的船模试验结果证明,采用不对称尾鳍后的节能效果是非常明显的.这种类似于不对称船尾的节能装置由于结构简单,安装方便,成本低,节能效果显著等优点而值得推广.     

舵球节能

除了主机、螺旋桨和船体线型以外,舵作为每一艘商船必不可少的重要设备是否也有节能潜力可挖?八十年代初,日本川崎重工的科研人员对这一问题进行了深入的探讨,在船模试验观察螺旋桨后水流流场时发现,螺旋桨后中心部位水流相当紊乱,出现了一些漩涡,为了减少部份能量损失,最简单的方法是加长螺旋桨毂帽,使桨毂长度超过螺旋桨直径的一半,便可达到十分理想的整流效果。但这一措施实际上行不通,因为这样一来,舵远离螺旋桨尾流,舵效大打折扣,对船舶操纵性带来不利影响,直接影响航行安全。经过多次试验,川崎重工发现只要在舵上正对螺旋桨毂处加装一流线型回转体,简称之为RBS舵球,其     

船舶水动力节能装置应用研究

随着国际社会对船舶节能减排的要求不断提高,船舶节能技术进入快速发展时期,新造船舶的能效水平大大提高,并使得在营运船舶在航运市场的竞争力被不断削弱.提高在营运船舶能效水平并降低其营运成本成为广大在营运船舶面对激烈市场竞争时的必由之路.水动力节能装置因其所具有的节能效果良好、结构简单、改造成本低等优点,成为在营运船舶节能改造时的主要选择之一.本文以某万吨级散货船为对象,根据实船性能特点开展水动力节能方案设计及实船应用,采用前置预旋导轮、高效螺旋桨及桨毂消涡鳍的综合水动力节能装置方案.经实船营运数据统计分析表明,针对该船设计开发的综合水动力节能方案的节能效果达到15％左右,具有良好的实船应用效果与示范效应.