渔船导管螺旋桨水动力性能试验与研究.pdf

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1、第45卷船海T程Vo1．45201612月SHIP&OCEANENGINEERINGDec．2O16渔船导管螺旋桨水动力性能试验与研究王贵彪，李超。单长飞(1。浙江省海洋水产研究所，浙江舟山316201；2．中国水产科学研究院渔业机械仪器研究所，上海200092；3．泰州口岸船舶有限公司，江苏泰O'l'l225300)摘要：为研究渔船导管浆的水动力学性能及其周罔流场，以42nl拖网渔船的导锊桨为研究对象，按照拖曳水池的实际情况加_『：成模型并进行了敞水试验，同时利用Fluent软件埘导管桨周牯性流场进行j，数值模拟，并fJj试验数据进行比较，同时分析了导管桨流场的特性情况。计算结果

2、表明，试验数值模拟结果基本吻合，变化趋势一致，时采用Fluent对导管桨周围流场的模拟能够满足一般的I业需求。关键词：导管桨；模型试验；数值模拟；水动力性能中图分类号：U664．33文献标志码：A文章编号：167l一7953(2016)Sl一0056~5导管螺旋桨能够提高重载螺旋桨的效率，所与实桨1：12．5的缩尺比加成模型，模型见图1。以拖船、顶推船，以及渔船等螺旋桨载荷较重的表1导管螺旋桨的几何参数船舶l得到了广泛的应用¨。而拖网渔船作为参数』寸一种螺旋桨负荷大、工况变化多、操纵性要求高的直径／m3．00螺距比1．42船型，尤其适合使用导管螺旋桨来提高其推进盘面比0．55效牢。

3、目前，针对普通螺旋桨的试验及数值模拟毅径／m0．48研究较为多，但是导管桨南于导管的存在，其后倾角／(。)0桨11J面压力的分布、周围的流场情况与普通螺旋桨型Ka4—55桨有很大的别，因此对导管桨进行模型的试验研究及利HJCFD技术对其流场的模拟对导管桨的设计具有大的现实意义。根据42m拖网渔船的导管桨的型值表以及拖曳水池的实际情况，按照缩尺比的要求加工成模型，并存渔具与水动力实验室进行了敞水试验。a)坝If．,l侧视b)十I!l说利川Fluent软件提供的滑移网格技术和RNG一湍流模型对其进行敞水水动力性能的计算，与试图1导管桨模型实物图验结果进行了对比研究，利用Fluent软件

4、的后处1．2试验方式理技术对导管桨的流场特性进行分析。将导管桨安装在螺旋桨敞水动力仪上，见图2。安装时敞水轴应保持水平，并与来流方向保持l导管桨试验研究平行，桨轴的沉深须大于导管桨直径。为保证在1．1试验模型敞水试验中，导管桨的进速系数能有足够大的取42nl拖网渔船的导管螺旋桨采用19A导管值范围，试验采用等转速法，即敞水动力仪由拖及Ka4—55桨型，具体尺寸参数见表1，同时按照带动，并采用不同的拖车速度以获得导管桨不同的进速系数。试验时保持导管螺旋桨的转速为10r／s不收稿日期：2016—05—30修回日期：2016—07—25变，拖车则运行0，0．4，0．8，1．2，1．6，2

5、．0，2．2m／s第一作者简介：贵彪(1986一)，男，硕士，助理工程师共7个速度，以获得导管桨不同的进速系数，并测研究方向：渔船水动力节能技术量各进速下导管桨的推力以及转矩。待试验完成E·mail：wangjidelei@163．tom后，根据式(1)～式(4)计算出导管桨的推力系56201216月证王贵彪，等：渔船导管螺旋桨水动力性能试验与研究船海1=程第45卷a)竹浆b)螺旌浆动力仪图2导管桨及螺旋桨动力仪数、转矩系数，以及敞水效率，并绘制成导管桨敞图4导管桨计算域示意图水性能特征曲线。在网格划分上，包含导管外壁的外部流域采1()t用六面体网格划分，而包含螺旋桨以及导管内壁J

6、‘i，工，的内部流域采用四面体以及作为边界层的三棱柱k(2)网格的非结构网格划分。边界层第一层网格厚度‘，，u0．05mm，网格厚度增长因子为1．1，总计l6层，ktnin(3)整个计算域网格总量约120万。其导管桨叶及导管的表面网格见图5。J70：·乏(4)式中：、——螺旋桨和导管的推力系数；、71n——螺旋桨和导管的推力；kq——螺旋桨的转矩系数；Q——螺旋桨的转矩；凡、D——螺旋桨的转速与直径；I，——螺旋桨的进速系数；p——试验水池中水的密度。2导管桨水动力性能的数值模拟2．1模型建立与网格划分图5导管桨表面网格示意图根据导管桨的型值表，按照与试验模型一致2．2边界条件及求

7、解设置的比例在Fluent前处理软件Gambit中建立几何进口设置为速度进口条件，出口设置为压力模型，并导入ANSYS—ICEM中划分网格，其几何出口条件，外围远场边界也设置为速度进口条件，模型见图3。桨叶、桨毂和导管壁面均采用无滑移固壁条件，并在近壁区采用尺度化壁面函数处理近壁面。导管螺旋桨由于其内域与外域在相交的面上网格划分不同，故该面设置为interface交界面。螺旋桨区域绕Z轴正向进行旋转，并采用隐式时间方案进行迭代，时间步长取t=T／360。，Tf1ft2