机匣开槽控制喷水推进器不稳定流动的数值研究

针对喷水推进器小流量工况下的驼峰区不稳定流动,采用计算流体力学方法研究了其失稳特性。结果表明,随着流量的减少,推进泵的扬程和效率显著下降,扬程曲线在0.42Qd~0.8Qd范围内呈现出正斜率的驼峰特性,同时内部流场变得紊乱,并出现流动分离和回流等现象。为了改善这一不稳定流动,采用了机匣开槽技术进行流动控制,使驼峰现象得到明显改善。在最佳槽体结构参数下,深度失速工况点的扬程和效率分别比原模型提高了约147.6%和70.3%。机匣开槽一方面能够对进口来流进行整流,起到减少预旋和增大轴向进流速度的作用,另一方面可以抑制主流区漩涡的形成以及叶轮进口位置的低频压力脉动。

轮缘推进永磁电机-护套-介质系统建模与仿真

为了降低轮缘推进器永磁电机的涡流损耗,研究护套材料与厚度对永磁电机涡流损耗的影响,基于有限元电磁分析软件ANSYS Electronics Desktop,建立电机-护套-介质系统模型,并通过仿真结果与数值计算结论的对比验证模型准确性;计算永磁电机定转子护套、永磁体涡流密度分布,分析护套材料与厚度对涡流损耗的影响规律。结果表明:护套材料电导率较高时护套中的涡流密度远大于永磁体中的,电导率较低时两者大小相近;采用电导率较低的护套材料时电机产生的涡流损耗远小于采用电导率较高的护套材料;护套材料对护套单位体积涡流损耗影响较大,对永磁体影响较小;定转子护套的厚度比与产生的涡流损耗呈正相关;随着护套厚度比增大,采用电导率较低的护套对永磁体及护套单位体积涡流损耗影响较小,而电导率较高的护套因为屏蔽作用能够通过降低永磁体的涡流密度来降低永磁体涡流损耗;气隙介质在空气、淡水、海水中的变化对电机的磁通密度分布没有显著影响。研究成果可为轮缘推进器永磁电机护套设计提供参考。

基于虚拟电压矢量模型预测转矩的船舶推进电机控制研究

针对船舶电力推进系统中六相永磁同步电机所采用传统直接转矩控制技术(DTC)仅采用最外围电压大矢量,会产生较大谐波电流并导致转矩波动大的问题,提出基于虚拟电压矢量合成的模型预测转矩控制策略(V-MPTC),利用α-β子空间中同向的大矢量和中矢量与z_(1)-z_(2)子空间中反向的小矢量和中矢量恰好对应原理,通过适当地调节一个PWM周期内大矢量和中矢量的占空比,可以使z_(1)-z_(2)子空间中的合成电压矢量幅值为0,实现对电机谐波电流和转矩脉动的抑制。同时为了便于硬件系统实现,进行电压矢量中心化以及采取提前2步的预测方法。仿真结果表明,采用V-MPTC控制策略使系统响应速度有所提高,启动转速超调降低,转矩脉动从0.15 N·m降至0.04 N·m,谐波畸变率从68.92%降至10.85%,验证了该方法在船舶电力推进系统中可提高其控制性能。

海洋自升式钻井平台加装推进系统适用性计算分析

分析对比适用于自升式平台推进系统的优缺点,并对3种不同船型的自升式平台进行水动力计算,设计推进系统布置方案。推进系统校核结果表明,各平台推进器布置方案均能满足给定海况条件下DP 1级动力定位要求,平台可实现短距离助航和辅助就位。结合平台实际使用情况,设计推进器共享方案,以提高平台加装推进器的经济性。

采用T型喷口的喷水推进船模阻力数值模拟

T型喷口是一种附加在喷水推进装置后方,改变水流纵向喷射方向为横向的模型试验装置。该装置只在船体内部流道上产生力的作用,既可反映常规喷口推进船模自航状态下,推进装置的抽吸作用对船尾边界层的影响,又对船身浮态影响很小,仅通过船模阻力试验和获流区PIV测试试验,结合动量通量法换算,可将常规推进船模自航试验中,推进系统对船体阻力的影响分离出来。通过CFD手段,采用流量边界条件法,对某带有T型喷口推进装置的船模阻力性能进行数值模拟,并与模型试验结果进行比较分析。最后,对T型喷口装置的工作原理进行说明。

可调桨系统机桨联控节油技术研究

随着全球能源危机的日益严峻,EEDI(新船能效设计指数)的提出和不断普及,以及IMO(国际海事组织)对于船舶废气排放要求的日益严苛,燃油消耗成为了考核船舶性能的重要指标。“节油模式”机桨匹配过程方法,以主机燃油耗油量为目标值,通过研究主机的万有特性、桨的效率特性,以及船机桨匹配的特点,寻找在不同目标航速下油耗最低时的机桨匹配工况点;通过与传统可调桨控制模式相比较,验证了其节油效果。对于船舶节能系统的研究设计提供了技术储备,对于可调桨“节油模式”遥控系统的研发极具指导意义。

我国海洋科考船推进系统及推进器发展现状

基于海洋资源调查、科考作业、资源勘探等国家的战略需求,海洋科考船对于实现我国海洋战略十分重要。文章通过搜集、整理、分析近些年我国主要海洋科考船数据,根据现有海洋科考船类别进行分类,并对其推进系统及推进器在海洋科考船上的应用现状和特点进行分析和总结,研究结果可以为我国未来海洋科考船推进方案的选择提供参考。

船舶轮缘推进器关键技术研究现状和发展趋势

采用电力直驱模式来完成电能与机械能的无传动转化是高端交通动力装备领域的未来战略性技术之一。轮缘推进器(RDT)作为一种高度集成的电力直驱推进,是近年来研究的热点。文章梳理了船舶轮缘推进器的6项关键技术,包括水力部件设计及优化、电机设计及控制、水润滑轴承的设计和性能强化、系统集成与测试、船体匹配及联合控制以及可靠性评估与智能运维;阐述了各项技术的研究现状和趋势,总结了国内外RDT产品和实船应用情况。研究和应用表明,节能、环保、灵活的轮缘推进器是绿色智能船舶电力推进形式的重要选择,高性能轮缘推进器专用化设计、效能提升和状态监测以及智能运维是轮缘推进器未来重要发展趋势。

偏转工况L型吊舱推进器敞水性能数值研究

针对吊舱推进器在偏转时诱发的剧烈的水动力不稳定问题,以某L型吊舱推进器为研究对象,采用计算流体力学(CFD)方法和滑移网格技术对不同偏转角β(β=0°、±10°、±20°、±30°)下L型吊舱推进器进行敞水性能数值研究。研究结果表明:吊舱推进器螺旋桨的推力、扭矩以及吊舱单元的侧向力均随偏转角的增大而变大,其中吊舱推进器螺旋桨的推力系数、扭矩系数受偏转方向影响较小。β=0°时,受螺旋桨旋转时产生的周向诱导速度的影响,吊舱推进器在直航工况下也会受到侧向力作用,当吊舱推进器向右偏转时,其迎流侧产生的侧向力会与螺旋桨旋转尾流产生的侧向力相互抵消,导致吊舱推进器在向右偏转时产生的侧向力整体小于向左偏转时产生的侧向力;由于螺旋桨旋转尾流会与后方舱体、支架相互干扰,吊舱推进器整体推力系数并不是关于直航时对称,小偏转角(|β|≤15°)对吊舱推进器整体的推力系数影响较小,当偏转角|β|>15°时,推力系数会迅速下降。

基于沟槽结构的泵喷推进器导管脉动压力控制研究

本文借鉴航空发动机中的压气机“处理机匣”技术,在泵喷推进器导管内壁开设一定数量的轴向沟槽结构,用于减弱泵喷推进器的梢涡,从而减小泵喷推进器导管内壁上的脉动压力。结合分离涡模拟(DES)方法和滑移网格方法对椭圆形水翼的梢涡流场进行数值模拟,数值计算结果与试验值吻合度较高,验证了数值计算方法的可靠性与适用性。在此基础上,分别对有无沟槽结构的泵喷推进器进行数值模拟,对比分析沟槽结构对梢涡涡核压力、导管内壁脉动压力和水动力性能的影响。结果表明:沟槽结构可以显著增大梢涡涡核压力,并对导管内壁面上脉动压力幅值有明显的降低效果,且对水动力性能影响较小。

船舶推进装置工程应用技术分析

船舶推进技术是船舶工程应用技术中传统的配套方向,追上和缩小其与国外技术及产品的差距是工程应用技术攻关的主要目标。从目前各类型船舶对推进装置及相关技术的需求焦点出发,回顾和分析当前国内船舶推进技术的发展现状、已经形成的基本能力和技术热点方向。研究表明,通过多年的持续科研投入和产品攻关,我国船舶推进技术在工程应用方面形成了系统性的技术体系,为各型船舶推进装置的配套能力提升建立了技术保障,解决了工程应用的大量技术性问题。该研究可为船舶推进装置工程应用技术的发展提供参考。

叶片数对无轴泵喷推进器性能的影响

为丰富无轴泵喷推进器噪声性能优化理论,研究了叶片数对无轴泵喷推进器性能的影响,重点探究了不同叶片数下无轴泵喷推进器内的压力脉动变化规律。基于计算流体力学中的有限体积法离散RANS方程,应用RNG k-ε湍流模型封闭计算模型,采用SIMPLEC进行压力-速度耦合,对不同叶片数下的无轴泵喷推进器内部流场进行了非定常数值模拟计算,并对计算结果进行了详细的对比分析。研究结果表明:随叶片数的增加,无轴泵喷推进器模型的扬程、效率和推力均逐渐增大,叶片表面压力分布更加均匀,叶轮轮缘和中部的压力脉动均明显降低,叶轮进出口主频处的压力脉动幅值从轮缘向中心逐渐减小。

半浸桨叶剖面出入水机理数值分析

为了分析半浸桨剖面出入水问题,本文对841-B型半浸桨的杯型剖面进行建模。通过求解RANS方程模拟剖面入水过程,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,并在此基础上研究半浸桨剖面出入水产生的现象,分析了不同进速下半浸桨剖面出入水的自由液面、通气腔形式、流场形式及受力特性等。研究结果表明:半浸桨剖面入水的过程是一个伴随着自由液面强非线性变化的非定常的过程,入水过程中,吸力面侧压强下降并吸入空气,形成通气腔,在下一个剖面入水时,将引起自由液面的进一步变化。增大进速,会对这个通气现象有抑制作用。此外,通气腔的变化会影响半浸桨剖面受力情况。

喷水推进器进水流道在来流含气条件下的内部流动特性分析

为了研究喷水推进器进水流道在来流含气条件下的内部流动特性,以轴流式喷水推进器为研究对象,对喷水推进器在不同来流含气条件下进行全流域定常数值仿真,得到了不同来流含气条件下进水流道各截面气相体积分数分布特征和不均匀度变化规律.计算结果表明:在低航速区间时,进水流道内流量小、流速低,受管道几何结构影响,下部弯管处流体堆积现象明显,随着航速的升高,流量增大、流速提高,流体在上部弯管处产生流动分离,导致堆积区向上部弯管转移;在来流含气条件下,进口含气率和气泡直径的增大,会导致气液两相干涉作用变强,造成气体堆积现象加剧,影响流面的不均匀度.

NACA0018风帆阵列帆间干扰及影响因素研究

风帆助航是船舶领域减少二氧化碳排放的有效方式之一。本文设计了一种由六面横截面为NACA0018翼型的硬帆组成的风帆阵列,采用数值仿真的方法,在迎风、侧风和顺风三种工况下分析了每面帆的升、阻力特性,通过与单帆对比,探究了帆间干扰对风帆推进性能的影响规律。将实验设计法与方差分析法相结合,评估了多个独立几何参数对风帆阵列推进性能的影响水平。结果表明,独立参数的显著性水平高度依赖于表观风向,并且通过改变风帆布局和采用非一致攻角,可获得比单一攻角时更好的推进性能。该研究有助于寻找影响多帆推进系统推力性能的主要参数,为多帆推进的全局化操纵提供数据支持。

浸没式喷水推进器脉动流场特性数值分析

为分析浸没式喷水推进器的流场脉动特性,分别以前置定子式和后置定子式喷水推进器为对象,完成船后推进器瞬态流场的数值仿真;分析导管、定子和转子脉动压力、脉动推力特性。结果表明,对前置定子式喷水推进器而言,静止部件的推力主要由导管产生,导管壁面的压力脉动远大于定子;受转子和定子相互作用的影响,转子和导管内壁相互作用区域的流场脉动最强,且体现了转子特征。对后置定子式喷水推进器而言,由于定子后置其对转子进流影响减弱,使得各部件脉动流场均体现了转子信息,且转子脉动力幅值增加。结合不同结构形式浸没式喷水推进器的脉动流场分析结果可知,后置定子式推进器的流场脉动量要低于前置定子式推进器;且前置定子式喷水推进器的脉动流场特征较后置定子式喷水推进器更为复杂,亦不利于推进器的降噪设计。

基于并联机构的AUV矢量推进器研究

本文提出一种PUS-PRS-S并联机构形式的螺旋桨矢量推进器。对矢量推进器进行具体的结构设计,使其能够很容易地作为一个整体安装在AUV尾部。建立矢量推进器的的运动学和动力学模型,通过数值计算与仿真,结果表明,设计的矢量推进器具有良好的运动性能,能够流畅地完成俯仰、偏摆运动。通过对推力矢量的分析,可知矢量推进器在AUV前进方向上始终能提供不低于75%的推力,在偏转方向上最大能提供50%的推力,且推力大小与AUV姿态和航速均无关。对比与传统的以鳍舵作为控制面的AUV,矢量推进AUV在慢速航行状态下具有更好的操纵性。

导管螺旋桨水动力性能试验及数值研究

为了研究导管螺旋桨的推力、扭矩和敞水效率等主要水动力参数和进速系数之间的关系,本文采用物理模型试验和计算流体力学(Computational Fluid Dynamics,CFD)技术相结合的方式分析导管对螺旋桨水动力特性的影响。首先在本校拖曳水池开展导管螺旋桨模型的敞水性能试验然后使用计算流体软件STAR-CCM+对导管桨模型进行数值模拟。在模拟计算中应用多参考系法(Multi Reference Frames,MRF),分别采用不同湍流模型对导管螺旋桨的水动力性能进行计算,并与试验数据进行对比,验证了STAR-CCM+软件模拟可以对导管螺旋桨的水动力性能进行有效预报且使用SST k-ω湍流模型获得的水动力性能精度更高。研究结果表明,导管螺旋桨更适用于在低进速系数下工作的重载船舶。

基于AU型螺旋桨的对称螺旋桨水动力性能研究

为特种船舶的需要在AU螺旋桨基础上对叶型进行对称化处理得到对称螺旋桨模型,应用计算流体动力学方法为某AU型螺旋桨进行敞水数值模拟,得到该螺旋桨正向旋转时的水动力性能,并与实验图谱数据进行误差分析,证明数值方法的有效性。为对称螺旋桨进行了敞水性能模拟,对比数据分析对称螺旋桨水动力性能的优势和劣势,为特种船舶的推进设计提供可靠的参考数据。

仿生叶剖面厚度分布对螺旋桨水动力性能影响的数值分析

为进一步分析船舶螺旋桨几何特征的变化对水动力性能的影响,通过参数化的仿生设计方法改变叶剖面的厚度分布并采用SST k-ω湍流模型及Schnerr-Sauer空化模型对具有不同叶剖面形状的仿生船舶螺旋桨进行敞水特性和空化形貌的数值模拟。计算结果表明,合理设计仿生叶剖面的厚度分布可以在一定程度上提高不同进速下的效率和减少桨叶表面的空化面积,但随着仿生叶剖面的最厚点逐渐靠近导边,桨叶表面的空化发展也会提前发生。