加速导管和减速导管的性能比较

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1、2017年2月第43卷第2期北京航空航天大学学报JournalofBeijingUniversityofAeronauticsandAstronauticsFebruary2017V01．43NO．2http：／／bhxb．buaa．edu．cnjbuaa@buaa．edu．(3i3DOI：10．13700／j．bh．1001—5965．2016．0140加速导管和减速导管的性能比较胡健8，王楠，胡洋(哈尔滨工程大学船舶工程学院，哈尔滨150001)摘要：为了研究不同形式导管桨的载荷特点，采用计算流体力学

2、(CFD)技术分析了加速、减速导管的水动力特性及其对螺旋桨水动力性能的影响。计算域被分为包含螺旋桨的柱形域、包含导管的大域2个部分，并采用全结构化网格技术对其进行离散，以便优化网格质量和提高计算精度。用交界面技术保证不同计算域之间流体速度和压力等物理量的连续性。首先分析了JD7704+Ka4—5508导管桨的水动力性能，然后将计算值与试验值进行对比，验证了本文模型和网格技术的合理性。在此基础上，分析了不同翼形剖面拱度和攻角的加速、减速导管的水动力特性，及其对螺旋桨载荷的影响。研究表明，通过改变拱度和攻角2

3、种方式所得到的加速和减速导管具有不同的水动力特性，能极大地优化螺旋桨的工况和载荷特点。关键词：导管桨；加速导管；减速导管；计算流体力学(CFD)；水动力性能中图分类号：U661．1文献标识码：A文章编号：1001-5965(2017)02-0240—13在现代船舶推进系统的设计制造中，经常会通过加装一些附体来改善船体和螺旋桨的水动力性能，以起到提高螺旋桨的推进效率、降低能源消耗的效果¨]，例如毂帽鳍旧一、消涡助推器、叶梢端板p引、导流片和导管等。其中，由于导管具有结构简单、安装方便等特点，在现代船舶和航海

4、领域得到了广泛的应用。导管的种类很多，可分为前置导管∞。1、补偿导管哺’8

5、、扇形导管等。虽然导管有如此多的形式，但是根据其对螺旋桨工作流场的影响，可划分为加速导管和减速导管2种基本类型。所谓加速导管，就是流体在流经导管腔体内部时，会以更高的速度通过螺旋桨盘面，而减速导管则刚好相反。导管桨在外形、结构特征和水动力性能等方面与常规螺旋桨都存在着较大的区别。最初，主要采用图谱估算方法对导管桨水动力性能进行计算和研究，并利用导管桨敞水试验的结果进行验证。Feiten等’91利用试验的方法对导管桨进行了研究。叶元

6、培等¨叫针对BD型导管桨的试验研究探讨了导管桨和常规螺旋桨空泡性能的异同，通过针对多种筒壁效应修正的比较，推荐了比较适合的CTH修正方法。叶元培和沈贻德¨川采用试验方法研究了双体导管的水动力性能，分析了双体导管及螺旋桨的一些主要参数对敞水性能的影响，并给出了SDll+Ka系列桨的敞水性能曲线、回归多项式及设计图谱。随着升力线、升力面、面元法的出现，科研人员开始将这3种方法应用于导管桨的水动力性能的求解当中。Khatib【l2j利用升力面方法求解了导管桨的水动力性能。韩宝玉‘1“、刘小龙。141等采用面元法

7、计算了导管桨的定常水动力性能。杨晨俊和王国强H纠用面元法来计算导管，涡格法来计算螺旋桨，通过迭代过程考虑二者之间的相互影响，计算了JD型简易导管桨系列的定常水动力性能。Kawakitaot6]采用面收稿日期：2016-02-25；录用日期：2016-06-13；网络出版时间：2016-09-0615：39网络出版地址：WWW．enki．net／kems／detail／11．2625．V．20160906．1539．005．html基金项目：国家自然科学基金(11302057，51579052)$通讯作者：

8、E·mail：hujian791018@163．COrn引用格式：胡健，王槠，胡洋．加速导管和减速导管的性能比较口J．北京航空航天大学学报，2017，43Q)：240．252．HUJ．WANGjv，HUY．PerformancecomparisonofacceleratingductanddeceleratingductfJJ．JournalofBeltingUniversityofAeronauticsandAstronautics，2017，43(2)：240—252(inChinese)．第2期胡健

9、，等：加速导管和减速导管的性能比较241元法计算了导管桨的水动力性能，并根据所测得的速度分布，对导管桨的尾涡进行了相应的改进。Kinnas等Ⅲo运用面元法计算并分析了导管桨周围的非定常流动特征。解学参等。1副以面元法建立了导管桨定常水动力性能计算的数学模型，计算了导管桨的水动力性能，分析了导管桨的内部流场。胡健等¨引在分析影响导管桨水动力性能的几个关键因素时，运用面元法，并根据计算结果，从水动力性能角度对这些要素的组合进行优化