3 喷水推进器流道对船舶阻力性能的影响

Chinese Journal of Ship Research - - 罗天等:基于 -

3.1 流线结果对比分析

7 8 Fr=0.103 0.485图 和图 分别为傅汝德数 和时的流线结果对比图。图中显示:喷水推进器流道的安装会改变水流的运动轨迹,水流在进水流道内会改变原先的流动方向,甚至还会形成漩涡

以及回流。漩涡以及回流的产生会降低水流的动能,也就会增加船舶航行时的阻力。通过对比安装不同进流角流道船体的流线图,发现随着流道倾角的增大,进水流道内流体的方向改变越来越40°时,喷水推进器内大。图中显示:当流道倾角为部还会有回流产生,这对船舶的阻力性能很不利。

3.2 流道结果表面压力对比分析

9 10 Fr=0.294 0.485图 和图 分别为 和 时的流道表面压力对比图。图中显示:无论是当傅汝德Fr=0.294 Fr=0.485数 时还是 时,喷水推进器流道的表面压力分布都不均,其进水口与下壁面交界

处压力最大,速度也最低。而在下壁面拐点处,压力 最低,速度最大,所以此处容易产生漩涡或者回流。

对比不同航速下推进器表面压力的分布,发现压力差会随航速的变大而增大。对比同一航速 下推进器表面压力的分布,发现随着流道倾角的增大,下壁面拐点处的压力值逐渐减小,而进水口与下壁面交界处的压力则随之变大,故其产生漩涡或者回流的可能性也就越大,不利于船舶的阻力性能。

3.3 船体阻力值对比分析

4表 所示为船舶在不同工况下的总阻力以及11各阻力成分值,图 所示为阻力以及阻力的增加情况。从图中可以看出: 1)安装喷水推进器流道之后,船舶的总阻力值增大了。当船舶航速较低时,喷水推进船舶的Fr=0.103 ~0.294阻力增值不大,当傅汝德数 时,阻4%~5%之间;当船舶高速行驶、傅力的增加值在Fr=0.485汝德数 时,和裸船体相比,喷水推进船舶10%~12%。的阻力值增大了2 )对比安装不同流道倾角喷水推进器流道的船舶总阻力值发现:低速时,阻力值差别不大, 25°时的阻力值相但随着航速的提高,流道倾角为对较小,即喷水推进器流道对船舶阻力的影响最小。安装喷水推进器流道之后的船体阻力值均发生了改变,并且具有相同的趋势。

3)安装喷水推进器流道之后,船体的剪切阻力变化不明显。随着航速的增加,船舶剪切阻力0.5%~2%左右。这增值百分比变化不大,维持在主要是由于进水流道的面积与船体表面面积相差较大,而在安装了喷水推进器流道之后,船舶湿表0.9%面积增大了 左右。剪切阻力变化较压差阻力小。4)喷水推进器流道的安装对船舶的压差阻 力影响较大。当船舶航速较低时,压差阻力的增10%左右;随着航速的增加,值相对不大,维持在安装喷水推进器流道之后船舶的压差阻力值较裸Fr=0.485 40°喷船体增值较大,当 时,安装倾角为25%。这主要是水推进器流道的船体阻力增加了因为喷水推进器流道的安装会影响船舶尾部的流场,增大船舶首尾的压力差,进而使船体的压差阻力变大。

3通过对比 种不同情况下的压差阻力,发现25°时压差阻力值最小,这和总阻力当流道倾角为的变化情况相同。

4结论

STAR-CCM+软件对改进后的FA1本文应用型三体船进行数值模拟,对比安装不同进流角喷水推进器流道之后船舶尾部流场的变化,并通过对比船体流线以及流道压力分布的变化,阐述了阻力以及阻力成分变化的机理,得到以下结论: 1)STAR-CCM+可以实现对船舶阻力性能的预报,并逐步成为喷水推进船舶阻力性能预报的发展方向。通过裸船体阻力计算值与试验值的对Fr=0.103 ~0.441比发现,当傅汝德数 时,两者的差5%左右,达到了很好的计算精度。值维持在2)喷水推进器流道的安装会增加船舶阻力,其中主要是压差阻力增大。对比裸船体与安装喷Fr=水推进器流道之后船体的阻力值发现,当0.485 11.1%,剪切阻力与压时,船体总阻力增加了1.5%和22%,说明阻力的变化差阻力分别增加了主要是因为压差阻力增大而造成的。3)对流道倾角的优化可以提高喷水推进船舶的阻力性能。在一定范围内,流道倾角的增加Fr=0.485 40°会增大船舶阻力,当 时,流道倾角为25°时增加了2.03%。时的总阻力值比本文从附体的角度研究了喷水推进器流道对船舶阻力性能的影响,这种研究角度以及所得出的结论具有一定的参考价值。通过模拟喷水推进器真实的工作状况来研究流道的阻力情况,是另外一个研究角度,也是本文接下来工作的重点内容。希望通过对比两种研究角度的不同之处,得出更有价值的研究成果。

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11图 船体阻力及阻力成分的变化Fig.11 The changes of resistance and the resistance components

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