船舶螺旋桨水动力性能数值分析

为获取船舶螺旋桨的水动力性能，采用多参考系模型（Multi-moving Reference Frame，MRF）法，运用重正化群（Renormalization Group，RNG）k-ε湍流模型计算定常条件下的螺旋桨水动力性能，研究不同进速比与不同盘面比条件下的螺旋桨水动力性能，分析不同进速条件下的螺旋桨推力与扭矩等水动力参数变化特性。结果表明：随着进速比的增大，螺旋桨的推力与扭矩呈现下降趋势；在盘面比由0.45增大至0.55时，螺旋桨的推力与扭矩随着盘面比的增大而增大，但在盘面比由0.55增大至0.60时，螺旋桨的推力与扭矩减小。因此，在设计螺旋桨的过程中，需要考虑盘面比对螺旋桨水动力性能的影响。     

基于响应面法的螺旋桨多目标优化

为了探究影响螺旋桨水动力性能的因素，基于FLUENT软件和CFD滑移网格技术对标准桨DTMB 4119进行模拟，验证该方法的可靠性；应用该方法对不同螺距比、盘面比和纵倾角的Wageningen B型螺旋桨进行数值模拟，得到这3个因素对螺旋桨推力系数、扭矩系数和效率的影响规律；基于Box-Behnken方法设计三因素三水平试验组，采用响应面法建立三因素与目标函数的优化数学模型，得到三因素对螺旋桨水动力性能的耦合影响。结果表明，影响推力系数和扭矩系数的因素按影响大小排序为螺距比>盘面比>纵倾角。同时，在现有电机功率限制条件下，优化得到产生最大推力的螺旋桨参数。     

侧向推进器水动力性能数值分析与验证

为研究侧向推进器的水动力性能,采用CFD方法以四叶Ka型螺旋桨侧向推进器模型实验为依据进行了仿真验证,结果吻合度高。在此基础上,模拟和分析零航速时不同螺距比、盘面比、通道长度和船艏两侧倾斜角度对侧向推进器流场和水动力性能的影响。结果表明:侧推器通道长度对侧推器效率影响较大,在2D时,效率最高;侧推器进出口处两侧倾斜角度对性能也有影响,船艏水线与侧推器轴线的夹角大则效率高。另外,研究了有航速时,首侧推器受航速影响的规律并分析了侧推器失效的原理。     

船舶艏侧推器推力减缩试验与数值计算研究

论文以艏侧推桨为研究对象,用研制的专用动力仪在循环水槽中对艏侧推器螺旋桨进行了敞水试验和带船模艏侧推器的水动力性能试验。采用有限体积法,通过求解非定常RANS方程对艏侧推器螺旋桨敞水以及艏侧推器槽道流场进行了数值模拟,得到了螺旋桨的敞水性征曲线和船舶不同迎流角下艏侧推器的推力系数。将艏侧推器螺旋桨敞水性征曲线以及艏侧推器推力系数结果与试验结果对比,对比结果表明数值模拟能够较好地计算艏侧推器的水动力性能。由于康达效应和桨之间干扰的存在,艏侧推器存在推力减缩,某些流向角下艏侧推器的推力减缩幅度超过20%;此外,数值模拟也给出了康达效应的流场细节。论文结论可作为艏侧推器设计的重要参考基础,对指导工程实践具有重要参考价值。     

导管螺旋桨水动力响应特性的初步分析

本文用数值方法研究了19A/Ka4-50导管螺旋桨输入转速随时间变化情况下的水动力响应特性,对比了转速波动幅值、频率对响应特性的影响,发现导管桨推力系数、扭矩系数和效率相对于敞水实验结果均发生了迟滞效应。分析导管桨性能的变化幅度、相对于敞水实验结果的相位差,结果表明：推力系数、扭矩系数和效率的变化规律均一致,即随着转速频率的降低,同一进速系数范围内对应的导管桨性能变化幅度均减小,相位差先增后减;增大转速的波动幅值,导管桨性能变化幅度均增大,但相位差基本保持不变;此外,导管桨在较高进速系数越的情况下,性能变化幅度越小,且相位差也基本呈减小的趋势。总体来说,导管桨在较低的转速频率、波动幅值和较的进速系数时,其性能变化幅度和相位差较小,此时导管桨的响应较及时,并且效率的响应要比推力和扭矩更及时。     

复合材料螺旋桨水动力特性的流固耦合数值模拟

为了分析复合材料螺旋桨变形对其水动力性能的影响,利用FLUENT和ANSYS结构模块建立了一种流固耦合的方法。基于此方法分析了桨叶变形对敞水曲线,桨叶附近流场及其表面压力的影响。研究结果表明,初始几何为无侧斜无纵倾的螺旋桨变形后纵倾发生改变,使推力和扭矩系数变大,且推力系数和扭矩系数的增值随进速系数减小而增大。变形后的螺旋桨桨叶表面压力增大,压力系数变化最大值可达40%,螺旋桨轴向诱导速度变化最大值可达18.7%。     

DOE方法在螺旋桨几何参数优选中的应用

螺旋桨的几何外形是通过螺距、纵倾、侧斜、拱度、弦长、桨叶剖面等几何参数来表达的,这些几何参数影响着整个螺旋桨的水动力、噪声、空泡、振动等性能。定量地给出不同半径处各个几何参数对螺旋桨性能的影响,对螺旋桨的设计有重要的指导意义。论文采用试验设计(Design of Experiment,DOE)的拉丁超立方设计方法,结合螺旋桨定常水动力性能的面元理论预报程序,分别定量地研究了不同半径处的螺距以及盘面比与0.4、0.7、1.0半径处的纵倾、螺距、侧斜对敞水螺旋桨推力系数和敞水效率的影响;同时,结合螺旋桨非定常水动力性能的面元理论预报程序及傅里叶分析方法,定量研究了不同半径处侧斜以及0.5、0.8、1.0半径处的螺距、纵倾、侧斜对螺旋桨主桨叶在给定伴流场中非定常推力的影响。研究结果表明:DOE方法能够准确分析不同径向处的几何参数对定常和非定常螺旋桨性能的影响程度。     

可调螺距侧向推进器推力测量方法

通过工程常用的两种经验方法估算某型船用可调螺距侧推的系泊最大推力,同时建立侧向推进器敞水试验模型,通过试验方法获得系泊状态不同螺距下的水动力敞水性能,对实尺度不同螺距情况下的侧向推进器推力和收到功率进行预报,从而得出系泊状态的最大推力。文章定义了船用侧推装置的"标准槽道"和侧推装置的"名义推力",并对上述三种推力结果进行对比与说明。     

轴隧式侧推器推力计算及总布置的初步探讨

基于已造集装箱船的轴隧式侧推器,首先介绍了轴隧式侧推器的船型应用范围,影响轴隧式侧推推力选择的重要参数,推力计算模型公式和轴隧式侧推器设计推力简易估算公式,其次对不同侧推器的设计形式、评价及性能进行了比较,并分析了侧推器的总体布置及注意事项,最后对侧推推力计算模型公式的继续发展提出了展望。     

导管螺旋桨水动力学性能的影响因素

为了获取导管螺旋桨水动力性能的主要影响因素,指导导管螺旋桨的优化设计,采用计算流体力学CFD对Ka4-7010+19A导管螺旋桨进行水动力性能研究,分析不同导管长度、导管攻角、螺旋桨纵倾角及多导管组对其水动力特性的影响。结果表明：减少导管长度将使推力系数及扭矩系数同时增大,而敞水效率下降;适当增加导管长度可以略微提高其敞水性能;减小导管攻角在一定进速范围内使推力系数和扭矩系数同时大幅度增加,增加导管攻角将导致推力系数和扭矩系数同时下降;当螺旋桨纵倾角保持在10°以内时,不会对敞水性能产生太大影响。对于多导管螺旋桨而言,前置、后置及不同附属导管直径大小都对敞水性能有很大影响,其中后置大导管组螺旋桨能明显降低螺旋桨扭矩系数,并且能在低进速范围内提升敞水效率。研究成果可支撑导管螺旋桨的优化设计。     

槽道侧推水动力计算方法研究

随着运输船舶的大型化,船舶操纵性越来越受到重视,而槽道侧推器发出的推力既可为船舶转向提供侧向力又可在动力定位系统中保持船舶稳定,提高了船舶的操纵性和稳定性。加之无轴推进技术的发展,将无轴推进器应用于槽道侧推,使用CFD软件对无轴侧推进行数值模拟,得到了一套适用于槽道侧推水动力计算的CFD方法,并将计算结果与试验数据对比,验证了其方法的可靠性。对船身推力产生原因和各部分推力大小进行研究,船身推力主要是因为螺旋桨抽吸作用在槽道进出口附近形成压力差而产生和螺旋桨推力同方向的轴向力。通过系列半径槽道进出口圆弧水动力计算,得到了进口不分离最小圆弧半径。     

带有推力鳍的吊舱推进器水动力性能研究

本文使用FLUENT软件对拖式吊舱推进器的水动力性能进行分析。由于涉及到螺旋桨、桨毂和舱体、支架的相互干扰问题,本文采用多参考系模型来进行相互干扰平均效果的计算。本文计算不同进速系数下普通吊舱推进器的推力系数、扭矩系数,与实验数据进行对比,并绘制敞水性能曲线。同时提出了几种带有推力鳍的吊舱推进器,对其进行了水动力性能计算,并与普通吊舱推进器的水动力性能进行比较,本文最后分析推力鳍对吊舱推进器水动力性能的影响。     

基于CFD的导管调距桨尺度效应研究

常规螺旋桨在进行水动力实验时,需要满足临界雷诺数的要求,这样,实桨的尺度效应就可以忽略。但是,对于非常规螺旋桨,如导管螺旋桨,尺度效应能否忽略值得研究,因为机翼型导管和螺旋桨水动力性能各自随几何尺寸变化的规律不一致。基于CFD计算方法,对某导管调距桨的尺度效应进行数值研究。在获得可靠的数值模拟方法后,数值模拟了两个螺距比和两个进速下不同尺寸导管螺旋浆的流场。比尺包括1、1.7、3.4、4.25、8.5和17共6个几何尺寸。计算结果表明,导管螺旋桨敞水性能的尺度效应比预期的要明显。随着尺寸增大即雷诺数增大,导管的推力先略有增加后基本不变,螺旋桨的扭矩和推力略有下降,但效率有所增加;小螺距比工况下的尺度效应要比大螺距比的大。     

螺距与拱度对螺旋桨水动力性能影响研究

以KP505螺旋桨为研究对象,利用CFD软件,基于RANS方法结合Realizable k-ε湍流模型开展螺旋桨水动力性能数值模拟,分析不同螺距、拱度径向分布对其水动力性能的影响.结果表明:随着螺距、拱度增大,推力和转矩均明显增加,导致螺旋桨单位面积平均推力增大,使得螺旋桨更易产生空泡现象;在中、低进速系数下,螺距越小...     

冰阻塞参数对吊舱推进装置性能的影响

为研究阻塞冰与吊舱推进装置相对位置变化引起的水动力性能变化规律、载荷分布特点和流场变化趋势，通过建立冰与吊舱推进装置相互作用的数值模型和理论计算方法，改变阻塞冰的状态和空间位置变化。计算结果表明：在来流方向，当阻塞系数相同时，冰块尾端与桨盘面的轴向距离越近，螺旋桨的推力系数和扭矩系数越大；当阻塞面积相同时，螺旋桨的旋向对螺旋桨的推力系数和扭矩系数的影响不大；在相同阻塞系数下，垂向距离分布对螺旋桨的推力系数和扭矩系数几乎没有影响。冰块阻塞物对螺旋桨的阻塞面积越大，螺旋桨前面的低压区域越大；随着阻塞面积减小，阻塞物对螺旋桨的影响逐渐减小。研究结果可为冰区吊舱推进器的总体设计提供指导。     

牺牲阳极布置对艏侧推非定常水动力的影响

出于防腐考虑,船舶侧推器槽道内常布置一定数量的合金块作为牺牲阳极,而其对侧推器水动力性能的影响常被忽略.采用数值模拟方法,从非均匀进流的角度对因牺牲阳极引起的船体异常振动案例进行分析,研究牺牲阳极的不同布置位置对系柱工况下侧推螺旋桨激振力的影响.结果表明,侧推器齿轮箱支柱2侧布置阳极块会导致螺旋桨遭受较大的轴向激振力,同时槽道内壁脉动压力幅值增大,.牺牲阳极宜在离桨盘面较远处的槽道内壁沿周向对称布置.为侧推器槽道内的牺牲阳极布置提供参考.     

考虑流固耦合作用桨毂形状对螺旋桨性能影响研究

基于STAR CCM+和ABAQUS软件,运用平均雷诺方程和SST k-ω湍流模型,建立一种基于流固耦合、可有效预报全浸螺旋桨水动力特性的数值计算方法。以标准模型DTMB P4381为网格验证对象,并对不同桨毂形状下的DTMB P4381水动力特性进行双向流固耦合计算,探讨圆柱形桨毂与球形桨毂对该无侧斜桨性能影响及作用机理。结果表明:考虑流固耦合作用能更准确预报螺旋桨水动力性能;桨毂形状对桨叶根部的流动影响明显,对桨叶表面压力分布的影响可延伸至0.5倍半径处,并且该影响随着进速系数的增大而增大。     

轮缘推进器水动力性能影响因素数值研究

为指导轮缘推进器(RDT)水动力学设计,借助CFD方法,对RDT各主要几何特征对其水动力性能影响开展研究。首先,验证CFD数值方法分析RDT水动力特性的有效性;然后,基于CFD研究RDT水动力性能的各主要影响因素,主要包括导管的长径比、扩散比、导管收缩比和桨叶梢径比。结果表明:RDT最佳长径比随载荷系数递增,并趋于一极限值,相比于导管扩散比和收缩比,导管长径比因素更能主导RDT的设计优化;RDT最佳扩散比随载荷系数递减,并趋于一极限值,最佳扩散比随长径比递减;RDT的收缩比对水动力性能影响不及扩散比和长径比显著,最佳收缩比随载荷系数呈线性递增,随长径比递减;RDT的最佳梢径比随载荷系数递增,无毂RDT比有毂RDT具有更小的最优梢径比。研究结果可为轮缘推进器的水动力学设计和优化提供参考。     

近岸环境下船舶侧推器的水动力性能数值分析

对船舶在近岸环境下航行时侧推器的水动力性能进行数值模拟研究。建立艏艉侧推器与船体的整体模型,利用基于RANS方程求解的粘性流数值方法,采用MRF模型,计算不同航速下艏艉侧推器的性能参数、侧推器附近流场,以及船舶在近岸航行时的横向力与艏摇力矩。结果表明,近岸航行时侧推器的实际效能会因船速的变化而变化,船速的不断增加会使船舶与岸壁之间的吸引力超过侧推器的推力,从而导致碰撞。     

侧推装置推力减额研究

回顾了推进器水动力干扰的研究概况,开展了单侧推装置在不同流速、流向下的推力减额的试验研究和CFD计算,分析了多侧推装置下推力减额的变化规律和侧推装置间距对推力减额的影响。研究成果可为侧推装置的布置以及改进侧推器槽道进出口形式提供参考。