肥大型船整流附体的性能研究

肥大型船从船舯到船艉,船体的横剖面形状及其面积变化剧烈,从而导致在桨盘面处产生"钩"状或"兔耳"状的舭涡,通过加装整流附体的方式来改善桨盘面处的伴流分布,对于螺旋桨的减震降噪、螺旋桨推进效率的提高是一种有效的措施。基于CFD技术,在准确预报了某肥大型船伴流场的基础上,参考流经桨盘面的三维流线绕船体分布的特点,分别设计了螺旋桨前置导管、补偿导管和整流鳍,预报并分析了各附体对船体尾流场的影响,分析了整流附体的工作机理,比较了工作于各附体伴流场中螺旋桨的效率。计算结果显示,加装整流附体后,桨盘面处的舭涡消失了,并且三种附体对螺旋桨的效率都有显著的提升。     

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。     

双桨双舵船模系列斜拖试验研究

本文发表了5条双桨双舵船模的斜拖试验结果。船模系统地改变长宽比、长吃水比和肥满系数。试验分船体带螺旋桨、舵和不带桨、舵两种情况。试验时改变船模的航速、漂角、横倾角和舵角。详细测定了船体、螺旋桨和舵所受的水动力以及船体下沉、纵倾随航速和漂角的变化,确定了船体的水动力(和力矩)系数及船、桨、舵相互之间的流体动力干扰,分析了主尺度、船形系数、航速、横倾角与水动力系数的关系。     

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CFD的某化学品船预旋定子优化

基于CFD通用软件FLUENT,对模型尺度下配置了舵球鳍和预旋定子的某55k DWT化学品船的自航性能进行数值模拟。通过推进效率的提高对定子的节能效果进行评估,并且几乎所有的自航因子在加定子后的变化趋势(如:转速降低、推力减额和伴流分数增大)计算结果都与试验结果一致。尾流能量分析进一步验证了定子的节能效果:可有效减少尾流中的动能。之后进行基于CFD的预旋定子优化,对原型之外的3个改型设计进行的数值模拟结果显示:这些改型定子的节能效果依次递增;推进效率最高的改型相对于无定子情形,其在桨前的动能增加最大,在桨后的动能减少也最大。     

四桨船舶内外桨负荷差尺度效应分析

为了研究四桨船舶内外桨负荷差尺度效应的影响,探讨不同缩尺比内外桨负荷差变化规律。以某四桨船舶为研究对象,基于RANS(Reynolds-averaged Navier-Stokes)方法,建立船桨一体计算模型,重点研究不同缩尺比下内外桨负荷差异和伴流场差异。数值计算结果表明,随着计算船模尺度增大,内外桨负荷差逐渐增大,当达到某一缩尺比时内外桨负荷差受船模尺度影响变小:随着船模尺度增大,内外桨盘面伴流逐渐减小,但内外桨的伴流分数差逐渐增大,内外桨负荷差存在较大的尺度效应,螺旋桨和轴支架雷诺数均需大于临界雷诺数,以确保内外桨负荷差计算结果满足精度要求。     

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。     

四桨船伴流场研究

与单桨船不同,四桨船各螺旋桨在运转过程中负荷不同.当前四桨船推进器的设计多以一个干扰因子来表征内外桨负荷差,而一个干扰因子难以反映内外桨负荷差产生的原因,因此往往给设计带来困难.本文使用CFD方法对四桨船内外桨负荷分配问题进行研究,首先以大连理工大学拖曳水池的PM06模型为基础进行不确定度分析,验证了该数值计算方法的准确性,然后对本文所研究的四桨船进行研究.结果表明四桨船內桨负荷大于外桨,且负荷差产生的原因主要有三个方面:(1)船体形状造成的船尾流场不均匀性对桨的影响;(2)内外桨在敞水中相互间产生的干扰;(3)内外桨之间的干扰在船尾不均匀流场中的合成.据此,本文将四桨船伴流分为三部分:原生伴流、干扰伴流和次生伴流,并计算了该船各部分伴流所占比例,以更好地指导四桨船的推进器设计.     

螺旋桨诱导船体表面脉动压力预报的试验研究

研究了螺旋桨诱导的船体表面脉动压力试验预报值随空气含量变化的规律及螺旋桨模型空泡形态随含气量变化的规律,并与实桨空泡对比分析;探索了脉动压力试验预报与实桨测量值最接近的空气含量控制准则;比较了螺旋桨模型在船模伴流场和修正后的伴流场中工作时,螺旋桨诱导的船体表面脉动压力预报值及螺旋桨模型空泡形态,与实船测量观察结果进行对比,并就伴流场修正对螺旋桨诱导的船体表面脉动压力试验预报的影响作了探讨;研究了螺旋桨诱导的船体表面脉动压力的预报值随桨模试验转速变化的规律。     

全附体尾流作用下螺旋桨布局对其水动力性能的影响

为了研究全附体尾流作用下多桨船尾部螺旋桨布局对其水动力性能的影响,本文以某四桨船舶为研究对象,对船体、螺旋桨以及舵、轴支架、轴包套、呆木等附体进行整体建模,通过改变船后螺旋桨的相对位置,采用CFD软件计算得到了在全附体尾流作用下不同的螺旋桨布局对螺旋桨水动力性能方面的影响差异。结果表明,外前桨的纵向移动对于前后桨的效率影响不大;外前桨的横向移动对内后桨的水动力性能影响较大,当前后桨横向距离为1倍螺旋桨直径时,内后桨的推力系数最大增加8.9%,扭矩系数最大增加5.9%,船后效率最大增加2.8%。计算结果对于工程应用具有一定的参考价值。     

川江匹配桨试验研究

在川江1941kW推船船队机桨不匹配的情况下，采用90％的常用负荷和船队伴流分数，根据荷兰瓦格宁根船模试验水池BB型螺旋桨设计图谱确定螺旋桨的最佳直径螺距比及螺旋桨效率，尝试B型桨和MAU型桨剖面进行组合的组合桨型，使新设计桨与原船队有较佳的匹配性能，各项性能指标也有所提高。     

船模伴流场修正对螺旋桨激振力预报的影响

介绍Hoekstra船模伴流修正方法、伴流模拟方法及螺旋桨激振力测量的试验过程。以第16届ITTC推荐的Sydney Express桨为研究对象,在上海船舶运输科学研究所空泡实验室用网格方法模拟船舶艉部流场,通过布置在桨模上方相应位置平板上的5个传感器进行了脉动压力测量。比较螺旋桨在船模伴流场和使用Hoekstra法换算得到的实船伴流场中工作时激振力的预报值及桨模空泡形态,并与实桨对比,就伴流场修正对螺旋桨激振力预报的影响作了探讨。     

新型桨后消涡助推叶轮敞水性能数值模拟

为了提高螺旋桨的推进效率,回收螺旋桨后大量旋转水流的能量损失,提出在桨后安装消涡助推叶轮,对螺旋桨和消涡助推叶轮组合系统进行敞水性能数值模拟,计算结果与螺旋桨敞水性能数值结果对比表明,加装消涡助推叶轮组合系统的推进效率提高9.113%。     

对转桨适伴流设计方法研究

为了实现节能的目标,提出了一种高效对转桨适伴流设计方法。首先,通过船模试验获取某集装箱船船后桨盘面处的标称伴流,对应的实船伴流则通过ITTC提供的经验公式换算获得。采用螺旋桨环流理论分别对前桨和后桨进行实桨适伴流设计,前后桨之间的相互影响通过诱导速度来考虑,且诱导速度作为伴流的一部分,采用面元法进行非定常水动力性能预报。通过实例设计分析可知:在设计进速条件下,该方法设计的对转桨同设计的单桨相比效率可提高12.09%。     

单桨船模自航试验的相似准则与模拟方法

本文提出一种新的船模自航模型化方法以“消除”船－桨干扰总理２的惊工影响，首先讨论船－桨组合体绕流（平均流动）应满足的相似准则，其中引进了两个新的准则以联系船 尾流的特征；尾流宽度与速度亏损，讨论了满足这些准则的模拟条件和方法，给出满足相似条件的船模－实船性能关系式，最后讨论了新模拟方法在船旋螺旋桨空的与噪声模型试验中的应用。     

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     

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。     

船机桨稳定配合工况数学模型及仿真分析

船机桨的稳定配合关系直接决定船舶的运动效率和能量转换的优劣。本文建立包含螺旋桨推力、螺旋桨扭矩、船舶阻力、伴流系数、推力减额系数的船机桨稳定配合数学模型。以实船参数仿真分析了船舶航速、螺旋桨有效推力、船舶阻力、螺旋桨扭矩以及螺旋桨吸收功率的变化曲线,可为船的船机桨配合选择及航行操纵提供理论指导。     

大型LNG船螺旋桨设计研究

以一艘220 000 m3 LNG船为例,介绍了大型LNG船螺旋桨的设计思想、设计过程和设计桨参数.不同于常规单桨船螺旋桨设计,双桨船的适伴流设计必须考虑切向伴流影响,给出了实效切向伴流分布的计算方法.模型试验结果表明设计桨的空泡和脉动压力性能优良,所有8个测点的脉动压力幅值都小于4kPa,推进性能满足航速要求.