船模自航试验数值模拟研究.pdf

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1、NAVALARCHITECTUREANDOCEANENGINEERING船舶与海洋工程2013年第3期（总第95期）船模自航试验数值模拟研究程宣恺，周志勇，陈康，魏菲菲，陆琛亮（上海船舶研究设计院，上海201203）摘要：基于SHIPFLOW软件，对螺旋桨敞水试验、船舶阻力试验和自航试验进行数值模拟，并依据试验结果验证。发现数值模拟能够较好地预报螺旋桨的推力系数、扭矩系数、船模的阻力系数和自航因子及推进效率，为船舶的线型设计和螺旋桨设计提供有效的数值参考。关键词：计算流体力学；自航试验；数值拖曳水池中图分类号：U661.1文献标识码：A文章编号：2095-4069(2013)03-

2、0010-06Abstract:BasedonSHIPFLOWsoftware,thepropelleropenwatertest,theshipresistancetestandtheselfpropulsiontestarenumericallysimulatedandvalidatedaccordingtoexperimentalresults.Itisfoundthatthenumericalsimulationscanwellpredictthepropellerthrustcoefficientsandtorquecoefficients,theshipmodelres

3、istancecoefficients,theselfpropulsionfactorandthepropulsionefficiency,whichcanprovidehelpfulguidanceforthehulllinesdesignandpropellerdesign.Keywords:computationalfluiddynamics;selfpropulsiontest;numericaltowingtank0引言船舶自航试验包括螺旋桨敞水试验、船模阻力试验和自航试验。螺旋桨敞水试验是鉴定和分析螺旋桨性能较为简便的方法，由螺旋桨敞水试验得到的是螺旋桨的推力系数KT、

4、扭矩系数KQ和敞水效率0，相对于进速系数的变化规律，即螺旋桨敞水性征曲线；船模阻力试验可以得到船模阻力与速度之间的关系曲线，可以反映出阻力性能的优劣；船模自航试验是分析研究各种推进效率成分的重要手段，能够预报自航[1]因子，预估实船的快速性能和判断螺旋桨、主机和船体之间的配合是否良好。本文基于商业软件SHIPFLOW进行螺旋桨敞水试验、船模阻力试验和自航试验的数值模拟，而后通过水池试验验证，可以看出数值水池模拟对船模水池结果有一定的预估作用，能为线型设计和螺旋桨设计提供一定的参考。1数学模型1.1控制方程与湍流模式不可压缩黏性流体的连续性方程和RANS方程可写成如下形式：uj

5、0(1)xjuuuuij1p2uiiufiji(2)txxjjxxijxj应该强调指出的是方程（1）、（2）不是封闭的，因此需要寻求补充关系-湍流模型，使方程封闭，采用SSTk湍流模式进行数值计算。SSTk湍流模型在处理近壁处流动时采用标准k湍流模型；在处理边界层边缘和自由剪切层时，采用k湍流模型，更适合于对流减压区的计算，并且方程还考虑了流动的正交发散项，从而使方程在近壁面处和远壁面处都适合见式（3）和（4）。第一作者简介：程宣恺，男，硕士研究生，1984年生。2011年毕业于哈尔滨工程大学流体专业，现从事船舶设计研究工

6、作。收稿日期：2012-11-14程宣恺，等：船模自航试验数值模拟研究11tiuuuji2uDj(3)txxjjxjxxjijxkktikuuuji*ufjt*k(4)txxjjkjxxxjijx上述4式中各参数的选取，可查阅参考文献[2]。1.2模型的建立采用库存桨进行数值模拟，在中国船舶科学研究中心水池做了螺旋桨敞水试验。在SHIPFLOW软件

7、中模拟螺旋桨敞水时，需要设置不同半径处的螺距比、最大厚度、弦长、拱度，自动建模计算。在自航数值模拟过程中，通过引进分布在螺旋桨盘面上的质量力来模拟螺旋桨，将质量力分布在桨毂和螺旋桨最大直径之间。舵是按照实际尺寸，在SHIPFLOW软件中进行建模计算。螺旋桨的几何参数见表1。表1螺旋桨的几何参数主尺度符号单位模型实船桨径DPm0.2451626.43盘面比AAE/0—0.7200.7R处螺距比(/)PDPR0.7—0.957叶数Z—5船体线型是由上海船舶设计院优化设计的