船-槳-舵全耦合流場(chǎng)的數(shù)值預(yù)報(bào)及節(jié)能裝置設(shè)計(jì).pdf

1、為了獲取良好的船-槳-舵匹配以及船體的外形結(jié)構(gòu)，在船舶的設(shè)計(jì)研究過(guò)程中，船體、螺旋槳及舵之間的相互干擾問(wèn)題很早就被船舶研究和設(shè)計(jì)人員所關(guān)注。但由于船-槳-舵組合模型關(guān)于干擾水動(dòng)力性能問(wèn)題的復(fù)雜性，在早期的計(jì)算流體力學(xué)（CFD）方法中，很少涉及到船-槳-舵完整的組合模型，如今，隨著CFD方法的不斷改進(jìn)和計(jì)算機(jī)性能的大幅提高，船舶水動(dòng)力性能的數(shù)值求解方法有了進(jìn)一步的發(fā)展，使船舶及其附體整體水動(dòng)力性能的預(yù)報(bào)變?yōu)榭赡?。通過(guò)研究船-槳-舵耦合流場(chǎng)

2、特性，分析船舶、螺旋槳和舵之間的相互干擾作用，對(duì)于船型優(yōu)化以及節(jié)能裝置的設(shè)計(jì)有著非常重要的指導(dǎo)意義。
　　為了研究船體、螺旋槳、舵及節(jié)能附體之間的匹配性和相互干擾作用，本文以標(biāo)準(zhǔn)船型 KCS船、KP505螺旋槳和 NACA0018舵為研究對(duì)象，采用 CFD商業(yè)軟件FINE/Marine作為計(jì)算求解器，采用滑移網(wǎng)格技術(shù)，研究了包括裸船體、船-槳組合系統(tǒng)、船-槳-舵組合系統(tǒng)、敞水螺旋槳、槳-舵組合系統(tǒng)、槳-舵-舵球組合系統(tǒng)、船-槳-舵

3、-舵球完整組合系統(tǒng)的水動(dòng)力性能和流體動(dòng)力性能。論文的具體工作與主要研究成果如下：
　　(1)較為全面地回顧和總結(jié)了國(guó)內(nèi)外有關(guān)船-槳-舵全耦合運(yùn)動(dòng)及船艉附加節(jié)能附體的發(fā)展?fàn)顩r與研究意義，整體把握船-槳-舵干擾水動(dòng)力性能的研究方法及節(jié)能附體的設(shè)計(jì)優(yōu)化方法，進(jìn)一步明確了本文的研究?jī)?nèi)容與創(chuàng)新點(diǎn)。
　　(2)系統(tǒng)介紹了計(jì)算流體力學(xué)的數(shù)值計(jì)算方法，船-槳-舵干擾特性的基本原理及舵球的節(jié)能機(jī)理。
　　(3)運(yùn)用FINE/Marine

4、軟件，對(duì)粘性流場(chǎng)中的裸船體、船-槳系統(tǒng)、船-槳-舵系統(tǒng)進(jìn)行計(jì)及自由液面的非定常干擾數(shù)值模擬。計(jì)算得出裸船體的阻力，船-槳及船-槳-舵系統(tǒng)在螺旋槳轉(zhuǎn)速分別為9.1r/s-9.9r/s共8個(gè)工況下的阻力值。計(jì)算結(jié)果表明：船與船-槳系統(tǒng)的阻力計(jì)算結(jié)果與實(shí)驗(yàn)結(jié)果吻合良好，相對(duì)誤差均在5％以內(nèi)，并得出與實(shí)驗(yàn)結(jié)果相匹配的螺旋槳轉(zhuǎn)速。同時(shí)，通過(guò)對(duì)船-槳-舵的整體求解，討論螺旋槳及舵對(duì)船體尾流場(chǎng)的影響，得出船尾部的速度與壓力分布，對(duì)于船舶實(shí)際流場(chǎng)的預(yù)報(bào)

5、具有較大的指導(dǎo)意義。
　　(4)運(yùn)用 FINE/Marine軟件分別開(kāi)展單個(gè)螺旋槳及槳-舵組合系統(tǒng)的水動(dòng)力性能計(jì)算。計(jì)算結(jié)果表明裸槳的預(yù)報(bào)結(jié)果與實(shí)驗(yàn)值吻合良好，在進(jìn)速系數(shù)為0.1~0.8時(shí)，相對(duì)誤差均在5%以內(nèi)，且在低進(jìn)速下，槳-舵系統(tǒng)總效率較裸槳效率有所提高，最高提高1.27%，在高進(jìn)速下，槳-舵系統(tǒng)總效率降低較大，最大降低6.36%。
　　(5)運(yùn)用FINE/Marine軟件，在槳-舵系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，對(duì)舵球節(jié)能裝置進(jìn)行了外

6、觀設(shè)計(jì)，并對(duì)槳-舵-舵球組合系統(tǒng)進(jìn)行一系列計(jì)算，通過(guò)改變翼型舵球的幾何參數(shù)，討論研究舵球外形尺寸對(duì)槳-舵系統(tǒng)節(jié)能效果的影響。計(jì)算結(jié)果表明，當(dāng)翼型舵球剖面相對(duì)厚度比為0.28，且最大直徑與螺旋槳的直徑之比為0.16時(shí)，節(jié)能效果最佳，最佳節(jié)能效果可達(dá)到1.62%。通過(guò)對(duì)槳-舵系統(tǒng)與槳-舵-舵球系統(tǒng)的尾流場(chǎng)進(jìn)行比較分析，為舵球的實(shí)際工程應(yīng)用提供了重要的理論依據(jù)。
　　(6)將槳-舵-舵球系統(tǒng)中計(jì)算得到的最佳翼型舵球尺寸，應(yīng)用到船-槳-舵