船体与喷水推进装置相互作用的仿真分析.pdf

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1、第44卷第1期船海工程V01．44No．12015年2月SHIP&0CEANENGINEERINGFeb．2015DOI：10．3963／j．issn．1671-7953．2015．01．015船体与喷水推进装置相互作用的仿真分析胡彬彬，程涛，程哲，杜文国，吴少龙，韩海辉，李健(武汉船用机械有限责任公司，武汉430084)摘要：研究船体与喷水推进装置的相互作用，探求喷水推进装置对船体自航因子的影响。通过提出船体与喷推相互作用的水动力仿真分析方法及仿真建模过程，从实船应用出发，进行了12．9m铝制快速测量艇与武汉船用机械有限责任公司的喷水推进装置WDJ120的相互作用的实船仿真，结果表明，安装

2、喷水推进装置的船体在自航状态下会产生较为明显的负的推力减额及正的伴流分数，从而有效地提高了船体效率，同时随着航速的增加，船体效率的提高更为明显。关键词：喷水推进装置；仿真分析；自航因子；高速船；相互作用中图分类号：U661．31文献标志码：A文章编号：1671-7953(2015)01-0060-04船体一推进器一主机匹配研究的内涵主要是作用增加了船艉的水流速度，从而降低船艉部区研究和调整船体、推进器、主机三者间的关系，使域压力，使船体压阻力增加，推力减额分数一般为其推进特性满足系统设计要求J。但从具体表正值，即(1一t)始终小于1。与螺旋桨船不同的现看，主要反映了主机的工作范围与推进器的负

3、是，喷水推进器工作时经流道从船底吸水，水流经载特性间的相互关系的调整，推进器的负载则与泵加速后从喷口高速喷出。进人流道的水流改变船体航速、船体与推进器的相互作用有关，通常将船体流场，作用于流道的力及对船体产生的力矩其分为主机．推进器、推进器．船体两个分系统进影响船体航态。当高速时，吸水口破坏了船体表面的边界层，降低了船体的摩擦阻力，因此有可能行研究。推进器包括桨与喷水推进系统，通过采导致推力减额t为负值，即(1一t)大于1，从而提用方式的不同又分为调距桨、定距桨、管道桨、吊高了船体的效率。也有学者研究认为流体作用于舱、全回转、喷水推进器、泵喷，以及新式的吊舱式进水流道的力抬升了船艉并减小船体

4、纵倾是喷水喷推等。其中船体一推进器的匹配主要集中在船推进船推力减额为负值的主要原因。负推力减额体一推进器的相互作用方面。通常采用船体效率分数是喷水推进器制造商及船舶设计者所追求77h来反映。的，意味着船体一喷水推进适当组合可减小船体叼=(1)阻力，提高推进效率。相关研究_4表明，齐平式进口喷水推进船推力减额分数可在一6％～20％式中：——推力减额分数；之间变动。——伴流分数。喷水推进器与船体的相互作用主要依靠自航推力减额分数及伴流分数可通过自航试验获试验确定。第21届ITrC非常规推进委员会推荐得的。随着现代数值仿真技术的发展，也有部分了喷水推进船模自航试验规程，第22届至24届学者采用CF

5、D方法来模拟自航试验_2引，用来反委员会不断完善喷水推进自航试验技术。国内喷映推进器和船体问的相互作用。水推进研究起步较晚，目前尚没有喷水推进台架对于不同的推进器，推力减额是不同的。当试验平台，也无喷水推进船模自航试验统一标准推进器为常规的螺旋桨时，螺旋桨在船后的抽吸与规范，所以国内大多喷水推进船的快速性计算收稿日期：2014—08—28还依靠国外资料。修回日期：2014—10—131船体与喷水推进装置相互作用基金项目：国家科技部项目(2013DF80550)第一作者简介：胡彬彬(1981一)男，博士，工程师船体与喷水推进装置的相互作用是在推进效研究方向：船舶推进系统技术研究率计算中引进船体

6、效率的原因。推进器与船体的E-mail：wj_wmmp@126．eom相互作用集中在推力减额及船体伴流效应。对于2o15~胡彬彬等：船体与喷水推进装置相互作用的仿真分析船海工程，第1期第44卷喷水推进装置，目前自航试验无法定型，且ITrC推荐采用CFD方法来进行研究，所以本文采用计算流体力学技术进行喷水推进与船体相互作用数值仿真。1．1建模方法见图1，从图1IrlTC推荐的试验及CFD的测试范围可看出，船体与喷水推进系统的相互作用的主要区域有：自由表面、进流喉管、喷水推进泵、喷嘴、收缩段、上游来流捕捉面积等。其中，水流进入推进泵前需经过进水流道的引流，泵对船体能够产生的影响区域体现在流道出口

7、处，泵的旋转对流道进口几乎没有影响。且船模自航试验主要研究喷水推进与船体的相互作用，而非泵的水力性能。与喷水推进推力计算方法类似，ITYC在有关喷水推进船模自航试验泵模型的选择上也有一mL两种方法J：①采用缩比泵，直接测量作用于喷水推进器上的推力；②采用满足流量要求的任意泵，通过测量流量计算推力。数值计算采用两种方法代替泵的作用。①通过数值模型代替泵的作用，而激盘模型是代替泵作用的模型之一；②在CFD中采用流