前置预旋导轮各部分对其性能的影响研究

前置预旋导轮良好的节能效果已经得到大量实船验证。为了研究这种节能装置各部分对其节能效果的影响,针对一型7万吨级油船,设计了前置预旋导轮方案,并将其拆分为导管和定子2种节能装置进行分析。文中利用RANS方程模拟带与不带节能装置的船模快速性试验,分析加装不同节能装置带来的影响,并进行了模型试验验证。结果表明,前置预旋导轮产生较好的节能效果主要是由于其具有的叶片产生了预旋作用,使得船后螺旋桨效率提升明显,导管在其中不扮演关键角色,基于CFD的数值方法评估这类节能装置附体的节能效果与模型试验结果基本一致。     

前置定子后置定子推进装置实船试验效果明显

最近,由中国船舶科研中心设计的前置定子、后置定子推进装置在江苏省泰州市航运公司18号轮(21m、99kw),进行了螺旋桨前后加装该推进装置的实船试验,取得了较好的节能效果。前置定子即存桨旋桨前方,加装一个固定的桨,使水流在进入螺旋桨之前产生一个预旋     

加装节能导管的典型散货船自航CFD模拟与节能评估

节能效果的准确预报评估,对于船舶加装水动力节能装置而言非常重要。该文以国际标模JBC为对象,开展典型散货船加装节能导管的CFD计算分析研究：首先,开展了不同湍流模型、不同网格下带与不带节能导管的船模阻力数值计算,并对尾流场模拟结果进行了分析;然后,基于对船模阻力、流场计算结果的分析,选取了标准k-ε 和RNG k-ε 2种湍流模型开展了船模自航的CFD模拟;最后,基于自航模拟结果预报了加装节能导管的节能效果,与模型试验结果相当接近。研究表明,文中的CFD计算方法可以用于肥大型船舶加装节能导管的节能效果预报评估。     

船用桨后固定组合叶轮节能效果研究

船用桨后固定组合叶轮是一种新型螺旋桨节能装置。为了解其节能机理并验证节能效果,基于计算流体力学(CFD)方法对该问题进行研究。首先选用B4-65螺旋桨进行敞水数值模拟,验证计算模型和方法的正确性;然后重点对螺旋桨在加装桨后固定组合叶轮后的水动力性能进行模拟。结果表明:桨后固定组合叶轮能够较好地削弱螺旋桨后方的梢涡与毂涡,回收尾流能量。而且该节能装置能与螺旋桨产生有利干扰,增加桨叶上的推力。在低进速区(J0.4)时,该节能装置能达到2%以上的节能效果。     

桨舵间距对螺旋桨推进性能影响的研究

利用CFD数值工具对原型以及减少桨舵间距后的布置进行数值模拟,量化其节能效果,并通过模型试验进行验证。CFD和模型试验结果均表明,减少桨舵间距对于提高螺旋桨推进性能有明显效果。以某3万吨级散货船为例,模型试验结果显示,减少桨舵间距0.5m后,收到功率降低3.1%,航速提高0.13kn。目前市场上运行的三大主力船型中,有相当数量船舶的桨舵间距仍有一定调整空间,表明这项研究成果具有良好的市场应用前景。     

扭曲舵+舵球节能效果数值模拟

基于计算流体动力学(Computational Fluid Dynamics,CFD),对1艘海上油田环保作业船自航进行数值模拟,从推进效率和流动细节上对比分析平板舵方案和扭曲舵+舵球组合方案的差异。计算采用RANS方法结合滑移网格法处理螺旋桨旋转运动,数值模拟得到的转速、推力和扭矩与试验数据吻合较好。计算结果显示:采用扭曲舵+舵球方案可降低螺旋桨尾流区旋涡强度,减小舵导边附近的高压区,提高推进效率。     

水面船自航因子CFD预报研究

针对水面船CFD标模KCS,进行基于CFD计算/模拟的自航因子预报研究。比拟基于模型试验的水面船自航因子预报,文中开展了船模阻力、螺旋桨模型敞水和船模自航的数值计算/模拟。通过对CFD计算/模拟结果的分析,获得KCS实船的自航因子。CFD计算/模拟及分析的结果(包括:船模阻力,螺旋桨推力、扭矩、效率,实船自航因子等)都与模型试验结果进行了比较,总体上符合较好。     

9400 TEU集装箱船实尺度自航性能数值模拟

以9 400 TEU集装箱船为研究对象,分别采用体积力和滑移网格2种螺旋桨模拟方式进行实尺度自航性能数值模拟。先后考察湍流模型、网格划分、最大非线性迭代次数、时间步长、激励盘参数及动区域大小等因素对计算结果的影响,通过与模型试验换算及实船试航结果对比,确定了影响计算结果的关键因素及相应最佳设置,并且验证了实尺度自航性能数值模拟的有效性。分析对比了2种方法在实船自航点的自航推进因子及流场,发现两者均能较好预估实船性能。但是尾流场存在差异,对于桨前流动,两者主要差异在于轴向和切向流动;而对于桨后流动,两者主要差异在于径向流动。     

大型船舶混合吊舱对转桨与船体相互干扰特性研究

对一艘75kDWT油船的裸船体阻力在采用常规桨和混合吊舱对转桨这两种情况下的水动力性能进行了CFD评估,从船-桨-舵受力、自航因子以及船后尾流场等方面进行对比,分析对转桨与船体相互干扰特性。计算结果表明,设计航速工况下,采用混合吊舱对转桨推进方式较单桨推进方式时的船后螺旋桨收到功率下降16%左右。这主要是因为对转桨的扭矩较单桨低,且对转桨推进方式下的船身效率和螺旋桨敞水效率较单桨高。     

基于大涡模拟的螺旋桨毂帽鳍系统精细流场数值研究

对引起螺旋桨毂帽鳍系统推进性能变化的细节及流动本质问题的研究，有助于对毂帽鳍的节能机理产生新的认识，并为改进该系统的推进性能提供新的思路。通过模型试验和大涡模拟方法对螺旋桨毂帽鳍系统进行了力的测量及精细流场的分析，从能量的角度，分析了毂帽鳍节能机理。数值模拟显示，在毂帽鳍的作用下，在紧邻桨毂后方区域的流速比无毂帽鳍时小且低速区域更广，桨毂后方流体轴向和横向动能均有所减小。由此可知，毂帽鳍通过回收一部分螺旋桨释放在尾流中的动能实现节能；在桨毂后安装一种圆锥形导流帽可避免流动分离，能进一步提高推进系统的整体效率。     

船舶纵摇对内外桨水动力性能的影响分析

本文采用基于RANS方程的数值波浪水池和数值拖曳水池技术,针对四桨两舵船模,开展了带有纵摇运动的自航CFD模拟研究.首先开展了静水中的船模阻力和自航CFD模拟,并通过与模型试验结果的比较,初步验证了本文的CFD模拟方法;随后开展了不同运动周期的耦合运动响应的船模自航CFD模拟,对该种状态下船模的阻力、运动响应和船后螺旋桨的推力、扭矩等进行了分析,获得了有关变化特性.本文的研究工作,包括对于运动中舰船的快速性研究和预报等,具有一定的指导意义和参考价值.     

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。     

动桨射流数值模拟

船舶航行过程中,螺旋桨推动船体并随之一起运动。为了准确模拟推进过程中的螺旋桨射流,文章区别于常规的稳态分析方法,采用CFD软件FLUENT并基于UDF及动网格技术,对动桨射流进行三维数值计算。其中,湍流通过RNG k-ε模式进行模拟,多相流通过VOF模式进行模拟。并且,文章基于PIV流场测量系统进行了自航船模螺旋桨射流的物模试验,验证了数值计算方法的可行性。结果表明:文章提出的数值计算方法能够较好地模拟动桨射流变化,模拟成果可为研究动桨射流的三维变化过程提供理论依据。     

后置定子对喷水推进泵性能的影响规律研究

本文采用RNG k-ε模型对不同后置定子叶数的喷水推进泵性能进行数值模拟,首先采用4119桨进行数值验证,计算结果误差均在3%以内,可有效预报水动力学性能。基于现有模型喷水推进泵,分析其水动力学性能,对比不同叶数定子的喷水推进泵性能,分析其推力性能,发现随着定子叶数增加到11叶,推力增大了5.7%,随着叶数继续增加,推力降低,最终只提高了2.1%;对转子推力进行傅里叶分析,发现转子的频域特性并未发生变化;同时分析尾流场压力脉动和湍动能分布,增加定子叶数可改善尾部流场的压力脉动,降低脉动值,随着叶数继续增大,脉动值又增加,其变化趋势与湍动能分布相同。通过掌握定子对喷水推进泵尾流场的影响特性,奠定喷水推进泵设计基础。     

渔船桨-舵球组合系统节能效果数值分析

考虑将有节能效果的舵球应用于渔船,采用计算流体力学软件STAR-CCM+对39.8 m远洋围网渔船舵桨进行舵球应用数值模拟,由推进效率、螺旋桨表面的压力分布及流场对比不同直径舵球及与螺旋桨桨毂距离组合方案下螺旋桨的敞水性能差异;分析发现对于航速较高的远洋渔船采用合适的舵球可以改善螺旋桨尾部流场分布,降低其尾流旋涡的强度,提高螺旋桨推进效率,达到一定的节能效果。     

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.     

客滚船附体水动力性能优化与模型试验验证

基于CFD数值模拟,从阻力、自航等方面对一艘10000吨级客滚船进行了附体水动力性能优化,并和模型试验进行了比较。首先采用自航数值模拟,优化客滚船的舵以及轴支架的攻角,获得了最佳的附体布置方案。然后采用CFD模拟获得该船带或不带附体时的阻力、螺旋桨敞水特性以及不同螺旋桨旋向时的收到功率。CFD模拟与模型试验比对分析表明,论文提供的方法能可靠地预报不同方案中的阻力、自航等变化趋势,为客滚船附体水动力性能优化提供了新思路。     

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.     

基于CFD的涡尾船改型优化设计

通过CFD方法计算模拟涡尾船原型与优化改型的尾部流场;通过对比桨盘面处轴向、周向速度分布,得出优化改型比原型轴向伴流更均匀,改善了螺旋桨的工作条件,增大了来流的周向速度,提高了螺旋桨的推进效率。模型试验验证了计算结果的合理性,说明船舶优化设计中采用合理的数值计算方法是可信的,可以提高设计研究效率。