斜流角对半浸桨叶剖面入水的水动力特性分析

为了分析自然通气状态下斜流角对半浸桨的水动力特性的机理问题,本文对无因次半径为0.7处的841-B型半浸桨的杯型剖面进行建模.通过求解RANS方程模拟杯型剖面入水过程的同时,结合标准k-ε湍流模型、流体体积方法以及重叠网格技术,建立可靠的数值方法,并在此基础上研究不同斜流角工况下半浸桨杯型剖面的水动力特性,分析了不同斜...     

通气管直径对半浸式螺旋桨水动力影响

为了研究通气管在不同直径大小的情况下对半浸桨的水动力性能的影响,以一已在实船应用的半浸桨为研究对象,利用VOF方法与滑移网格技术相结合开展了系统的数值计算。采用841-B型半浸桨进行验证数值计算的可行性,在设计点附近,二者误差均小于5%,这说明采用CFD方法研究半浸桨的水动力特性是可行的。研究结果表明:在低航速下,随着通气量增加,使半浸桨更容易进入全通气状态,使推力系数Kt、扭矩系数10Kq都大幅下降,但效率有所提高,让主机转速迅速提高,让半浸桨更快进入工作段;在高航速下,随着通气量增加,空气腔厚度增加,叶栅效应更加强烈,水动力性能大幅下降,此时应把通气管收起。     

导管桨水动力特性的数值研究

为了研究导管桨的推力、转矩和效率等关键水动力参数与进速系数之间的关系,本文采用计算流体力学技术(computational fluid dynamics,CFD)分析导管对螺旋桨水动力特性的影响。在建立导管桨的计算模型时,采用了全结构化网格技术,螺旋桨和导管之间的相对运动通过运动参考系(moving reference frame,MRF)方法实现。本文以JD7704+Ka4-55导管桨为例,分析其定常水动力性能,用试验结果对数值计算结果进行了初步验证,进而研究了不同导管长度和叶稍间距时导管桨的水动力特性,并探讨了斜流对导管桨推力、转矩和效率的影响。结果表明:导管桨在低进速下由导管所产生的推力会有较大提升,导管的存在能够显著减小斜流中螺旋桨推力和转矩的脉动。     

导管桨内流场及涡特性DES模拟

为研究导管桨内部流动及涡结构组成与分布特性,本文基于分离涡模拟(DES)方法对导管桨内流场及涡特性进行模拟,数值模拟为三维黏性、不可压缩的非稳态计算,采用滑移网格技术实现导管桨的敞水性能试验,应用体渲染方式展示内流场空间涡结构。导管桨水动力性能计算结果与模型试验吻合良好,数值模拟结果表明:导管内壁区域流动复杂,频域内导管壁面压力脉动在叶频及其倍数处出现连续峰值;分离涡模拟方法能有效模拟导管桨内流场中的剪切层涡、叶梢涡、叶片脱落涡和叶根涡等不同涡结构,导管的存在导致梢涡形态发生变化,涡量更大面积分布于导管内壁,有助于导管回收螺旋桨尾流涡能,以提高推进效率。     

连续摆动吊舱推进器水动力性能数值模拟

为了探讨吊舱推进器瞬时回转工况中的水动力性能,本文使用RANS方法,采用了SST k-ω 湍流模型对吊舱推进器所受载荷进行研究.螺旋桨模型选用右旋四叶桨,计算域使用切割体网格生成器对网格进行划分.吊舱推进器的运动采用了滑移网格的方法实现连续摆动;探讨了不同进速系数下的螺旋桨载荷特性,并且比较了吊舱推进器在瞬时回转工况中...     

主要设计参数对混合式CRP推进器敞水性能的影响

为了获取主要设计参数对混合式CRP推进器敞水性能的影响,采用RANS方法详细研究了前桨、后桨和吊舱之间的相互干扰作用,进一步详细分析了前后桨间距和转速比对其水动力性能的影响规律。结果表明,处于后方的吊舱推进器对前桨的干扰较小,而前桨尾流对吊舱推进器水动力性能产生较大的影响;混合式CRP推进器总的推力系数随间距的增大而减小,扭矩系数变化不大,敞水效率随间距的增大而减小;混合式CRP推进器总的推力系数和扭矩系数随转速比的增大而增大,但敞水效率随转速比的增大而减小;相同进速系数下,混合式CRP推进器的敞水性能与转速比呈线性关系。     

半浸桨推进装置

<正>技术开发单位中国船舶重工集团公司第七○二研究所技术简介该半浸桨推进装置具有无空泡、附体阻力小、吃水浅及效率高等特点。与全浸桨或其它推进方式相比,在航速超过40kn的高速艇上,半浸桨具有明显的优势,已成为新型高性能高速船艇装备的首选推进方式。中国船舶重工集团公司第七○二研究所突破了半浸桨推进装置研制的关键技术,初步形成了自主提供半浸桨推进装置的生产能力,目前,一些小功率型号产品已在曝气船、巡逻艇上获得应用,正逐步形成由小到大的系列产品,打破了国外对高速船艇推进装备     

考虑非设计工况的螺旋桨优化设计方法

为提高螺旋桨的性能,研究了考虑非设计工况时螺旋桨效率的优化设计方法。以母型桨设计进速周围多个进速点对应的敞水效率为目标函数,以螺距比的径向分布为优化变量,以推力、扭矩和空泡性能为约束条件建立优化数学模型。通过对不同工况的效率值设置权重并进行加权求和的方法,将多目标优化模型转变为单目标优化模型,利用面元法求解螺旋桨的水动力性能,应用柏利尔商船限界线表达空泡性能,基于简单遗传算法对模型进行求解,得到了优化后的螺旋桨螺距比的径向分布,将考虑非设计工况与考虑设计工况下的优化结果进行了对比。对比结果表明,由于船舶航行时航速的变化,仅考虑设计工况下进行螺旋桨优化往往达不到预期的节能效果,需要综合考虑设计航速周围多个工况点对应的效率。     

自由状态冰对螺旋桨水动力性能的影响

为了研究自由状态冰条件下的冰桨非接触干扰,本文采用重叠网格与流体-固体相互作用方法分别对冰桨非接触模型中冰块位移以及螺旋桨水动力性能进行了模拟,与实验结果的对比证明了该方法的可行性.研究发现:自由状态冰后面存在"加速区"与"阻塞区",随着冰块的靠近,阻塞区对螺旋桨的影响增大;随进速系数的增加,螺旋桨的推力系数和扭矩系数...     

半浸桨及传动装置

中国船舶重工集团公司702所自主研发的半浸桨及传动装置成功完成了实船试验。装备了702所自主研发的半浸浆和传动装置的三体消波艇，经试验结果表明，装置结构设计合理，最大航速满足设计要求，性能指标与国际上先进装置的水平相当。半浸桨技术是一种新型技术，以高效性和无空泡的特性，成为各国快艇研究的关键技术之一。     

气固搅拌流化床内的压力脉动特性

为考察搅拌桨的转动作用对流化特性的影响，研究了不同转速和气速下搅拌流化床的压力脉动行为.采用188 mm的内径和400 mm的静床高，以Geldart B类和D类颗粒为实验物料，进行了压力脉动信号的统计分析和功率谱分析.实验结果表明，搅拌桨的转动对最小流化速度没有影响，但使B类和D类颗粒呈现了A类颗粒特有的散式流态化现象.随搅拌转速的增大，压力脉动的标准偏差减小，最小鼓泡速度增加. 最小鼓泡速度与最小流化速度之比与搅拌转速成正比.当搅拌转速增加到一定程度后，压力脉动的功率谱主频等于搅拌桨转动频率，流化床从鼓泡流态化状态转化为散式流态化状态.     

泵喷推进器水动力性能实验研究

前置定子式泵喷推进器被广泛应用于世界各国的新一代安静型潜艇上，但其水动力性能实验研究目前还比较匮乏。在空泡水筒中，对一型九叶定子七叶转子的前置定子式泵喷推进器进行了实验测试。其中，使用测力装置对敞水状态下泵喷推进器的推力系数和扭矩系数等进行了测试，使用激光粒子测速系统对其尾流场进行了测试。实验结果表明，此型前置定子式泵喷推进器的转子推力系数、定子及导管推力系数、转子扭矩系数均随着进速系数J的增大而减小，但定子及导管的合扭矩系数的绝对值反而随着J的增大而增大。泵喷推进器的效率在J=1.0处达到最大，为61.91%。前置定子式泵喷推进器的推力主要由转子提供。此外，泵喷推进器的尾流场由喷流加速区、轮毂低速区、混合区组成，实验测试得到了不同工况下尾流场中的瞬态速度以及平均速度值。     

池壁效应对水平轴潮流涡轮水动力性能影响分析

为了分析池壁效应对水平轴潮流涡轮水动力性能的影响，本文采用数值仿真与模型试验的方式测试直径300 mm潮流涡轮的水动力性能，并对数值仿真方法进行验证；采用Bahaj修正方法与数值仿真方法对不同流域、流速下涡轮的能量转换效率以及阻力系数进行对比，进一步分析池壁效应对涡轮桨盘处以及尾流区域流场的影响。研究结果表明：池壁效应对水平轴潮流涡轮的水动力性能影响明显，其对能量转换效率影响伴随尖速比的增加逐渐增大；池壁效应对潮流涡轮桨盘处的轴向流速以及流场分布影响较小，但对潮流涡轮尾流区轴向速度恢复影响明显。研究结果可为水平轴潮流涡轮水动力性能的数值仿真研究与试验提供相关数据以及参考。     

通气超空化对水下火箭发动机性能影响

火箭发动机具有功率密度大、推力大等优势,常被用作主动攻击高速水中兵器的推进器.然而,火箭发动机在水下工作时喷管出口压力发生剧烈脉动,进而影响发动机的推力性能,甚至造成安全事故.为研究火箭发动机在水下的工作特性和尾流场特性,基于VOF多相流模型和理想气体模型,建立了高温高压燃气水下超声速喷流的数值模型,分别在单相水来流和通气超空化来流条件下对火箭发动机的内外流场进行仿真计算,获得了通气超空泡、工作压力等因素对火箭发动机尾喷流场的影响规律.研究结果表明:无通气超空化时,尾喷流存在明显的颈缩、胀鼓、回击等非定常现象,发动机推力剧烈脉动;存在通气超空化时,火箭发动机喷出的燃气与超空泡内气体掺混排出,尾流场的非定常特性显著减弱,发动机推力未产生剧烈脉动;当发动机工作压力增大为设计压力一倍时,在无空化条件下燃气流量及发动机推力分别产生30.4%和20.6%的振荡幅度,在通气超空化条件下发动机的工作性能几乎不受工作压力的影响.     

非接触工况下冰桨干扰水动力载荷试验

由于冰块临近和阻塞效应,将在螺旋桨上产生极端水动力载荷,进而导致螺旋桨诱导的空泡、噪声以及激振力等性能的恶化。冰桨干扰作用是一个极其复杂的过程,受到诸多因素的影响,为了探究非接触工况下的冰桨干扰水动力特性,在循环水槽中搭建冰桨干扰试验台,并设计一套专门用于切削型冰模型的生成和制作的方法。通过试验重复性分析及与其他学者结果的比较,验证建立的冰桨干扰试验台的可行性。以切削型冰模型为对象,研究了非接触工况下的螺旋桨水动力载荷随冰桨间距变化的规律,探讨了不同流速对冰模型诱导的空泡的影响。试验结果表明:所建立的冰桨干扰试验方法是可行的,能够较好地用于冰桨干扰水动力试验的分析中。     

导管桨周围流场的数值模拟

采用基于RANS方程的雷诺应力模型(EARSM)对导管桨的敞水性能及周围流场进行了数值计算,计算网格采用全结构化网格,网格的划分考虑了导管与桨叶间隙的边界层的影响。在设计进速下,桨叶敞水性能的误差小于2%。对导管桨的周围流场进行了模拟,尤其对导管桨尾部涡系进行了系统研究,计算结果与试验结果吻合较好,说明本文提出的方法可以准确计算导管桨的螺距角,为导管桨的设计及水动力性能预报提供参考。     

自由度开放条件下螺旋桨激振力数值分析

船舶在实际航行中会发生升沉和纵倾,为了考察这种姿态变化后的船舶水动力性能与通常以约束模型为基准的数值计算结果的差异,基于RANS方法以KCS船和KP505桨为研究对象,采用六自由度运动模型和叠加旋转模型,进行了固定状态和自由度开放状态下的数值自航实验,其中非定常流场的数值传递过程采用重叠网格技术实现,将计算得到的船体周围绕流场以及螺旋桨激振力进行了对比分析。计算结果表明:自由度放开状态相比固定状态,船舶具有埋艏纵倾,导致二者船艏兴波和尾流场存在差异;以固定模型开展数值自航实验得到的船艉脉动压力预报结果相比于自由度开放状态存在一定的过度预报现象。     

斜流中螺旋桨非定常水动力性能的数值分析

斜流是一种相对简单的非均匀来流,其加剧了船艉伴流场的非均匀性,对螺旋桨非定常力非常不利。为了探讨斜流中螺旋桨水动力性能与受力变化的一般规律,本文对DTMB4679螺旋桨斜流中的非定常水动力性能进行计算。计算结果表明:在斜流工况下,桨叶表面压力分布不均匀,是激振力产生的根本原因,并且桨叶表面压力分布不均匀性随进速系数的减小而增大;单片桨叶的受力的脉动幅度随斜流角度的增大而增大;在不同的斜流角度、进速系数下螺旋桨涡结构云图也表现出一定的变化规律。     

前置与后置定子泵喷推进器的水动力性能对比

为探究前置和后置定子泵喷水动力性能上的不同,本文采用计算流体力学方法,基于物理试验数据验证的数值计算模型,从敞水性能、空化性能和脉动特性3个方面对两类泵喷的水动力性能差异进行研究。结果表明:在消耗功率相同、几何尺寸近似的前提下,后置定子泵喷推进性能、平衡性优于前置定子泵喷,在较宽进速范围其推力效率比后者高2%;前置定子泵喷抗空化性能比后置定子泵喷差,空化数越小,推力效率降低幅值越大;前置定子泵喷转子叶片引起的旋转部件流场脉动压力幅值大于后置定子泵喷,而定子、导管等静止部件的流场脉动压力与之相反,后置定子泵喷脉动压力幅值大于前置定子泵喷。     

水下卧倒闸门脉动特性试验研究

水下卧倒闸门是一种适用于现代城市景观水利建设的新型闸门。采用物理模型试验的方法，对闸门在排水和引水两种工况下的脉动特性进行了深入研究和分析比较。采用加汉宁窗及线性平均的方法，对脉动信号的平稳性和幅值进行分析，得出闸门结构的自振频率，以及闸门运行时的不利工况。在排水工况下，对通气与不通气情况进行分析比较，得出通气对于闸门脉动特性的影响，为这种闸门的设计，运行管理提供参考依据。