限制水域船-桨-舵一体舵力及脉动压力数值研究

为分析受浅水及岸壁效应影响下船-桨-舵一体的舵力和脉动压力的变化特性,基于RANS方程,考虑自由液面的影响,选取Realizable k-ε湍流模型和VOF模型,对船舶在限制水域航行时的水动力性能进行数值模拟。首先对螺旋桨敞水性能和船-桨-舵一体自航进行了数值计算,验证了数值和网格划分方法的合理性。然后分别考虑三个水深和船-岸距离,进行了舵力及脉动压力的数值模拟。研究表明:脉动压力随时间周期性变化且脉动频率相同,P2监测点处的脉动峰值波动最大,且各监测点处叶频BPF和倍叶频2BPF的脉动频率幅值呈现出不同的变化规律;舵力和脉动压力均受浅水效应影响较大,在水深吃水比为1.2时,随着船-岸距离的减小,舵纵向力由阻力变为推力,脉动压力几乎呈线性下降。

船过丁坝过程中的船体受力及桨推力变化分析

丁坝的束流作用会造成坝头外河道流速增加,对过往船舶的航行阻力和螺旋桨推力产生较大影响。该文采用体积力法建立船-桨-舵一体的自航模型,基于RANS方程,结合Realizable k-ε湍流模型,对船过丁坝过程中的船舶受力情况和螺旋桨推力进行了数值模拟;而后,将模拟结果与实验数据进行对比,验证了数值仿真方法的合理性;最后,以河道流速和船舶航速作为变化参数进行数值分析。研究结果表明:船舶纵向力(船体阻力)、横向力和转艏力矩的变化均随着船舶航速的增大而逐渐减小,且横向力的变化呈现双峰曲线的形态;螺旋桨桨前伴流的分布并非相对于船体中纵剖面对称,而是偏向丁坝后方的低速回流区;船舶处于丁坝下游时,高伴流区更集中于船中纵剖面附近。