肥大船型艏型改变对性能的影响.pdf

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1、第4l卷第5期2012年lO月船海工程SHIP＆0CEANENGINEERINGV01．41No．5Oct．2012DOI：10．3963／j．issn．1671-7953．2012．05．005肥大船型艏型改变对性能的影响潘冬华。陈克强’(武汉理工大学交通学院，武汉430063)摘要：对同一艘肥大船进行艏型变换，运用数值模拟对艏型变换后的模型进行计算，从而分析比较各个模型的船艏舭涡、压力分布、阻力系数、艉部伴流等的变化情况。关键词：肥大船；艏型；水动力性能；数值模拟中图分类号：u661．3l文献标志码：A文章编号

2、：167l-7953(2012)05铷19舣船艏舭涡是影响全船粘压阻力的一个重要因素。艏部舭涡由船侧水流绕向船底而成，主要取决于艏部形状。船艏舭涡形成了船艏底部低压区，这将导致粘压阻力增加。破波阻力是由进流段满载水线附近过分阻塞而形成，属于兴波阻力中的一部分。埋艏现象主要是因为进流段舭部曲率过大造成的，同样会导致粘压阻力增加。值得注意的是破波阻力和艏部舭涡的存在都直接影响着进流段的水动力性能。本文主要探讨肥大船型在改型前后船艏舭涡、压力分布、艉部伴流的变化情况。1艏型修改1．1原型简介某江海直达集装箱船主尺度见表l

3、，其方形系数为0．8，属于肥大船型。表1实船主尺度1．2原型及改型的三维模型以母型为依据，进行艏型的局部改变，但是在改型中必须保证浮心位置、静水力等特性与原型没有太大变化⋯。S形球鼻艏是肥大船型常用的艏型之一【2J，艏型1的变化主要是采用s形球鼻艏。艏型2主要目的是改善船艏舭涡。艏型3则是从改善艏部收稿日期：20ll—04—29修回日期：2011—05一16第一作者简介：潘冬华(1984一)，男，硕士生研究方向：船舶水动力性能E-m蝴：pdh一520@163．com砰击这一角度出发，进行的改型。其中艏型2和艏型3都

4、适当的减小了进水角。原型艏型及改型后的艏部三维模型见图1。d)l’￡掣qf帮3图l艚部三维模型对原型的改变不能影响浮心位置太多，所以在艏型改变的同时必须实时查看艏型的横剖面曲线，不能与原型有太大的出入。另外在艏部线型设计中还要注意到：由于浮心靠前，进流段短，水线前端应设计成直线或微凸19第5期船海工程第4l卷形，且曲率变化要均匀。设计水线以上一段高度要尽量保持设计水线的宽度，不能过度放宽以免堵水‘3

5、。2数值模拟结果分析2．1计算模型的建立及边界条件设置计算模型采用叠模，缩尺比为1／26，计算域为：船前方向l倍船长

6、，船宽方向l倍船长，船底方向1倍船长，船艉方向4倍船长。见图2。图2计算域模型网格大约100万，船体附近的近域采用四面体网格，其余的远域采用六面体网格，其中船体周围网格需要加密，尤其是船艏和船艉部分，由于计算的目的是获得伴流的信息，因此在桨盘面附近的网格也需要加密。边界条件的设置：设置人口为速度人口，为1．1—n／s，设置出口为自由出流，船体表面为固壁，计算域内部的面为通透面，其余面为对称面。Fluent的湍流模型包括七一占模型，南一(cJ模型、Reyn01ds应力模型，LES模型，标准壁面函数，双层近壁模型等HJ

7、。本文全部采用SsT后．∞模型进行计算。2．2标称伴流比较20由于伴流的存在，使螺旋桨与其附近水流的藤弧蠼勃＼<二／a)原型，¨20．295093相对速度和船速不同。通常指的伴流为船艉装螺旋桨处即桨盘面的实效伴流。由于本次计算中，计算模型在桨盘面位置并没有螺旋桨模型，所以这里的伴流均指标称伴流。2．2．1伴流分数的计算本文中只对轴向伴流进行分析。一般情况下轴向平均伴流采用体积积分法进行计算。在nuent软件中计算原理与体积积分法类似。可以在桨盘面位置划出一个桨盘大小的切片，对该切片的x方向速度进行积分求和，便可以求

8、得该切片的x方向总速度u，，然后除以面积便是伴流的平均速度，公式表达如下。圪=孚(1)^s式中：Ⅱ。——桨盘面积分出来的总速度，—n／(s·m2)；A，——桨盘面面积，m。轴向伴流分数通常用伴流速度与船速的比值来表示，公式如下。一号(2)式中：E——各点轴向速度；卜船速。2．2．2伴流的不均匀性伴流的不均匀性对螺旋桨的推力、转矩、效率等都有影响，甚至会影响船体艉部的振动，因此在船舶改型中除了获得一个较理想的伴流分数外，还要考虑到伴流的不均匀性，应尽量获得一个较为均匀的伴流场分布。速度为1．1Ⅱ∥s时，4艘模型计算出

9、来的伴流分数和伴流分数等值线见图3。震狲熊蠼彰＼肥大船型艏型改变对性能的影响——潘冬华。陈克强———————————————————————————————————————————————————————————一_勰蠢腻憋攀缪=乡O蜡一．夕c)鼻§型2，ul=o．29l448隰蒸狲幞髟图3伴流分数和伴流分数等值线为了进一步分析比较各个艏型对伴流均匀度的影响