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原文传递重叠螺旋桨水动力性能数值研究

论文题名：	重叠螺旋桨水动力性能数值研究
关键词：	船舶推进;重叠螺旋桨;水动力性能;节能机理
摘要：	世界经济的增长导致海运的繁荣，能源紧缺和环境污染问题的日益严峻使得船舶节能减排技术逐渐备受关注，也促使了各类高效特种推进器的发展。重叠螺旋桨作为新型特种推进器的一种，通过合理的布置与设计两个螺旋桨，可充分利用船后舭涡旋转能量，具有节能潜力，尤其适用于丰满肥大U型尾船舶。本文采用数值计算手段，对重叠螺旋桨的水动力性能及其影响因素展开研究，并结合实例完成重叠桨与常规单桨推进性能的比较，以期进一步揭示重叠螺旋桨的节能机理，为其应用推广提供技术基础。主要研究内容包括：　　本文采用ICEM建立螺旋桨三维模型和计算网格，采用Fluent软件进行螺旋桨水动力性能数值计算，采用CFD-POST进行数值结果后处理。为验证所采用数值计算方法的有效性及计算精度，首先对DTMB P4119桨的敞水性能进行了数值模拟，并与试验值进行比较，结果表明在所比较的工况变化范围内，数值计算结果与实测结果具有很好的一致性，且能给出更多的流场精细结构。　　采用两只P4119桨组成的重叠螺旋桨系统为例，重点讨论了布置组合参数（轴间距L、纵倾角θ和叶错角ψ）对其水动力性能的影响。研究结果表明：（1）由于存在重叠区域，前后桨互相干扰，两桨水动力性能均不同于单桨性能，其差异随轴间距的变化而变化，且后桨的变化更为剧烈，当L=0.75D时两桨的负荷基本相当；（2）不同轴间距下，前后桨的水动力性能差异均随纵倾角的增加而增加，建议在不发生碰撞的情况尽量减少前后桨的纵倾角；（3）L=0.75D，θ=0°时，随叶错角增加，前桨的负荷变化较小，而后桨负荷显著下降，敞水效率明显低于前桨，建议采用叶错角为0度时重叠桨形式。　　为进一步揭示重叠螺旋桨利用舭涡的节能机理与效果，分别对无桨船、带单桨船、带重叠桨船船模自航进行了数值模拟。首先分析无桨船船后尾流场结构，在船尾横向不同位置处考察桨盘面范围内周向流动大小：当桨盘面置于船尾中部时，桨盘面切向速度大致左右对称；当桨盘面置于舭涡中心处时，切向速度左右非对称，体现出明显的预旋效应。将重叠桨布置在舭涡中心处，且其旋向与舭涡方向相反，船模自航数值计算结果表明，此时推进效率比单桨推进效率提高约8％左右。该收益一方面包含了重叠桨对舭涡能量的回收，另一方面也包含了从单桨变为双桨负荷降低带来的螺旋桨效率提升。　　本文相关研究方法及结论对于拓宽船舶推进节能减排技术具有一定的理论及应用价值。
作者：	邵佳星
专业：	船舶与海洋工程
导师：	陈克强;贺伟
授予学位：	硕士
授予学位单位：	武汉理工大学
学位年度：	2016
正文语种：	中文