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。

喷水推进船获流区流场数值模拟

喷水推进是一种特种推进技术,利用吸入与喷出水流的动量差产生推力。在考察船体对喷水推进系统的作用时,通常需要获取进水口前方获流区的动量通量。利用CFD方法对一艘喷水推进三体船模型的自航性能进行模拟,考察船体纵倾、升沉和自由面的影响。采用流量边界条件法对泵的喷射作用进行简化,可提高计算效率。通过流线确定获流区形状,考察获流区进流的动量、动能和边界层影响系数,并与模型试验结果进行比较。在此基础上,对某四泵喷水推进船获流区流场进行数值模拟,考察进速比和流道进口特征对获流区的影响,为四泵喷水推进船舶的设计提供支撑。

极地破冰船螺旋桨设计探讨

螺旋桨是船舶的核心部件,破冰船螺旋桨性能的优劣直接关系到全船的快速性能、破冰性能、振动噪声性能和安全航行性能,故冰级螺旋桨设计是破冰船设计过程中的关键环节,需要确保螺旋桨性能满足设计指标要求。冰级螺旋桨运行于冰水环境,螺旋桨设计时需要考虑冰块对螺旋桨的影响,而国内在冰级螺旋桨设计方面缺少经验。该文在对冰级螺旋桨特点分析基础上,建立了冰级螺旋桨设计流程(IPDP),以一型PC2级重型破冰船螺旋桨设计为例,给出了设计结果和模型试验的验证结果。研究表明:冰级螺旋桨负荷重、工况多,其设计流程不同于常规螺旋桨,需要特别关注螺旋桨主参数与船型参数的迭代设计,既要验证敞水域航行的快速性能和振动性能,又要验证冰区航行的快速性能和螺旋桨强度性能等;对高冰级螺旋桨,需要设计成桨叶可拆式定距桨型式,方便单片桨叶的维修更换。

极地螺旋桨空化引起的系柱推力下降问题研究

极地船舶破冰航行时,常处于系柱工况或低进速工况,此时易发生螺旋桨空化,引起推力下降,严重影响破冰能力。为有效指导极地螺旋桨水动力性能设计,该文从模型试验和数值模拟这2种方法入手,针对极地螺旋桨系柱工况下由空化引起的推力下降问题进行研究。首先,在空泡水筒设施中分别开展某自主设计极地螺旋桨的敞水性能试验和系柱工况推力下降试验。结果表明:受空泡水筒工作段空间限制与螺旋桨诱导速度影响,模型试验难以满足零进速条件,无法真实反映系柱工况的螺旋桨推力下降特征。为此,文中进一步开展基于Star-CCM+软件的数值模拟研究。通过对比敞水预报结果与模型试验结果,验证了数值计算精度,并开展系柱工况和低进速工况的推力下降数值模拟。结果表明:模型试验测得的系柱工况推力下降趋势与低进速工况数值结果相符,而在系柱工况模拟中,螺旋桨推力下降点与低进速工况相比出现更早,转速空化数σ_(n)=2.00时,推力即开始迅速下降;转速空化数σ_(n)=1.00时,该极地螺旋桨推力下降至敞水工况的43.9%,造成水动力性能显著恶化。分析系柱推力下降机理机制,发现其发生的主要原因是叶面平均压力在叶背空泡影响下大幅减小。

某科考船螺旋桨空泡和脉动压力性能试验

为准确预报螺旋桨的空泡性能和脉动压力性能,以某科考船螺旋桨为研究对象,分别在空泡水筒和减压水池进行空泡和脉动压力模型试验。对荷兰MARIN减压水池的试验方案进行论述,并对比分析空泡水筒和减压水池的试验结果。试验结果表明:目标船螺旋桨的空泡性能优秀,在11 kn航速工况下,螺旋桨无任何型式的空泡出现;在11 kn和15 kn航速工况下,螺旋桨的脉动压力非常小,该船的螺旋桨不会引起振动问题。螺旋桨应能满足挪威船级社DNV-GL Silent-R的低噪声要求。

冰桨干扰下的螺旋桨空泡脉动压力试验

为探究冰桨干扰下螺旋桨的空泡脉动压力特性,以某破冰船的螺旋桨为研究对象,在空泡水筒内开展冰阻塞工况下的螺旋桨空泡脉动压力试验,探究冰阻塞和冰桨轴向间距对螺旋桨空泡脉动压力的影响。试验结果表明:当有冰阻塞时,螺旋桨叶背处的空泡面积相比无冰阻塞时明显变大,1阶叶频脉动压力显著增大;随着冰桨轴向间距的减小,螺旋桨空泡面积变大,1阶叶频脉动压力增大;试验中产生的桨-船体涡空泡(Propeller-Hull Vortex Cavitation,PHVC)会影响桨叶的空泡形态和脉动压力,使2阶叶频脉动压力增大,并使空泡脉动压力具有随机瞬态特性,经典的FFT(Fast Fourier Transform)谱不能用来分析其非平稳特征,需研究新的分析方法。由于PHVC引起的随机瞬态脉动压力幅值较大,工程上应避免船舶产生PHVC。