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。     

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。     

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.     

螺旋桨毂帽鳍参数定量设定的优化匹配研究

螺旋桨毂帽鳍是一种新型的推进器节能装置。针对DTMB P4119螺旋桨,将不同进速系数下的螺旋桨毂帽鳍的主要参数设定为统一的特定值,进行Fluent软件模拟计算。通过对比加载毂帽鳍前后螺旋桨的水动力性能可知,在不同进速系数下,加载参数设置相同值的螺旋桨毂帽鳍,可使螺旋桨效率提高约0.93%~2.86%。通过观察毂涡分布图可直观看出,桨毂处涡流减弱。结果表明,将毂帽鳍参数的特定值应用到DTMB P4119螺旋桨是可行的,可以提高螺旋桨效率,降低船舶能耗。     

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,...     

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。     

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.     

串列螺旋桨水动力性能的数值预报

为了分析串列螺旋桨的水动力性能,本文运用计算流体动力学理论,结合雷诺时均RANS方程和相对运动参考坐标系对其三维定常粘性流动进行数值模拟。应用Fortran语言编制程序计算螺旋桨的型值点,并采用三次样条曲线拟合各点,建立串列桨三维模型。以某一串列螺旋桨作为研究对象,得到螺旋桨的推力系数、转矩系数以及流域内速度分布等水动力特性参数,并给出敞水性能曲线。计算结果与试验数据吻合较好,验证了数值方法的可行性和准确性。     

螺旋桨与毂帽鳍集成一体化优化设计方法研究

  目的  随着绿色船舶理念的兴起,船舶水动力节能技术逐渐成为研究的热点。为降低船舶航行中的能耗,  方法  采用上海交通大学万德成教授课题组自主开发的naoe-FOAM-SJTU求解器,对毂帽鳍的水动力特性进行预报;为了更好地考察毂帽鳍与螺旋桨之间的相互影响,计算时分别考察毂帽鳍对桨叶、桨毂以及毂帽的影响。  结果  结果显示,桨毂和毂帽受毂帽鳍的影响较小,毂帽鳍可明显降低螺旋桨扭矩,但对推力的影响较小;进一步研究发现,雷诺数对毂帽鳍的节能特性具有较大影响且存在着一个临界值,当低于临界值时,随着雷诺数的增加,其节能效果会有较大的提升,而在达到临界值后,其节能效果基本保持不变,从侧面说明了在达到临界雷诺数的实尺度时,毂帽鳍会有更好的节能特性。  结论  研究充分证明采用naoe-FOAM-SJTU求解器研究毂帽鳍的节能特性可靠,可为更多种类的节能装置研究提供参考。     

螺旋桨水动力性能的数值预报方法

基于速度势的低阶面元法预报螺旋桨的水动力性能。选用四边形双曲面元对桨叶进行离散以消除面元间的缝隙,基本积分方程由格林公式导出。在面元上布置等强度源汇和偶极子。采用线性尾涡并在每个尾涡面元上布置等强度的偶极子。利用Newton-Raphson迭代过程满足桨叶随边非线性等压kutta条件,使桨叶上下表面的压力在随边处一致。利用Morino计算影响函数的解析公式,采用Yanagizawa方法求得物体表面上的速度分布,并对普通桨和大侧斜桨进行了数值预报。     

渡船螺旋桨水动力性能的数值预报

采用计算流体力学（CFD）方法对某渡船螺旋桨的水动力性能进行数值预报。先用DTMB P5168桨验证数值模型和方法的准确性与可信性,数值计算其推力系数、力矩系数和敞水效率。整个计算域网格划分均采用全六面体形式,分别采用三种湍流模型进行计算。计算结果与实验的比较表明,SST模型和雷诺应力模型有近乎相同的计算精度,但SST模型的计算速度更快;推力系数误差最大5.8%,力矩系数误差最大为1.7%,敞水效率误差最大为4.3%。然后,将此方法运用到渡船螺旋桨,通过对渡船螺旋桨的网格灵敏度、尺度作用以及相关的流场分析,证明该方法能实现对螺旋桨敞水粘性流场的模拟,以及其敞水性能的预报。     

导流帽对螺旋桨水动力性能的影响研究

采用CFD仿真方法研究了安装在调距桨油缸外的导流帽对螺旋桨水动力性能的影响,研究发现导流帽对桨叶受力影响较小,但导流帽降低了桨毂的阻力,使得整个推力增大,推进效率有所提高。进速系数较大时,导流帽对叶根区域压力分布有一定影响,但总的来说导流帽对叶根区域流动影响较小。     

预报螺旋桨水动力性能的一种改进的面元法

采用一种改进的面元法预报螺旋桨水动力性能,将桨叶和桨毂表面离散为四边形双曲面元,每个面元上布置等强度的源,拱弧面和尾涡面离散为布置涡的四边形双曲面元。通过控制点的物面条件求取奇点强度,进而得出桨叶压力分布以及螺旋桨敞水性能,与试验结果比较,计算结果令人满意。     

导管螺旋桨水动力性能分析及附加节能装置性能预估

本文采用基于RANS方程的 湍流模型,对No.19A+KA导管螺旋桨的敞水性能进行数值计算,得到的结果与试验数据进行比较,误差满足工程精度要求。在此基础上以该桨为母型,采用相同的计算方法,对加上毂帽鳍的螺旋桨节能性能进行了预报,结果表明毂帽鳍使从螺旋桨出来的毂涡减少,消除毂涡引起的诱导阻力,提高了螺旋桨推进效率。