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船舶扇形导管的水动力性能数值预报分析
| 论文题名： | 船舶扇形导管的水动力性能数值预报分析 |
| 关键词： | 船舶推进器;扇形导管;水动力性能;节能效果 |
| 摘要： | 推进器工作于船尾流场中，受到伴流直接影响，这使得推进器的实际效率区别于敞水工作效率。常规船型在对应螺旋桨盘面圆心附近小半径区域及盘面内部的上方，存在高伴流区。高伴流区的存在直接导致了推进效率的下降，空化性能的恶化和激振力水平的提高。因此，在船体和推进器之间加装节能扇形导管，改善桨前流场十分有意义。 本文采用CFD方法，通过对标准船模KCS进行了裸船及船桨一体的自航计算，并与试验结果进行对比，验证了本文计算方法的可行性。并分别从阻力、自由液面、伴流场三个方面进行了阐述，为后续数值计算工作的展开提供合理的支撑。 为了分析扇形导管的节能效果及节能原理，首先运用STAR-CCM+计算了不同航速下有无扇形导管的裸船水动力性能，并着重分析有无扇形导管船后流场及桨盘面处伴流，发现扇形导管外侧导管能收缩高伴流区增加桨盘面进流，并使螺旋桨桨盘面的伴流趋于均匀，内侧导叶引导流体流向螺旋桨相反的旋转方向，增加螺旋桨桨叶相对流体的相对旋转速度，起到导流预旋的作用。然后对有无扇形导管的船-桨-扇形导管一体水动力性能进行计算，得到扇形导管在设计航速下节能效果为3.69％，并对船后流场、桨盘面轴向速度分布及切向速度分布进行分析，进一步探讨了扇形导管的节能原理。最后进行了桨前扇形导管变参数水动力性能的分析，通过改变组合系统单参数（直径、与螺旋桨相对位置及内部导叶相对船体纵轴线的角度），对比原推进系统的水动力性能（船体阻力和螺旋桨推力、转矩），发现扇形导管离桨0.135D及扇形导管的半径为0.85R对船后螺旋桨水动力性能最有利，同时随着内侧导叶攻角的增大，扇形导管的预旋效果变好，螺旋桨的效率也增加。 为了分析扇形导管在波浪工况下对船后螺旋桨水动力性能的影响，进行波浪工况下的有无扇形导管的船桨一体数值计算，分析发现船模在波浪中存在增阻，同时由于扇形导管的存在，船后螺旋桨的推力和扭矩都有一定程度的增大或减小，并通过对比有无波浪的扇形导管的船体水动力性能变化及船体周围精细流场分布，发现扇形导管在波浪工况下依旧可以改善船后流场。 |
| 作者： | 支玉昌 |
| 专业： | 船舶与海洋结构物设计制造 |
| 导师： | 常欣 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 哈尔滨工程大学 |
| 学位年度： | 2017 |
| 正文语种： | 中文 |
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