整流罩对推进效率影响的数值计算研究

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经济的飞速发展,导致能源短缺,燃料价格猛增。水上运输以运输总量大和平均运营成本低的优势,在全球物流占有率达六成以上。现代船舶的吨位越来越大,能源使用效率的一点提高都可获得极大的经济效益,船舶节能技术应运而生。附体减阻以其经济效益好(总投入较少,回收容易)、适用性好(新船或进坞维修的船舶均可安装)、易安装(结构较简单,体积较少)、节能效果明显等优势成为船舶节能的一个大方向。  某船厂一艘57000DWT散货船,在试装整流罩运营一年后,节约燃油约5%,减少CO2排放量1002吨,达到了节能减排的目的。经过归纳总结,整流罩从以下几点来提高船舶推进效率:聚焦流线以达到整流效果;叶片预旋以产生有利于螺旋桨的进流条件。以此为原型,本文利用数值计算工具FLUENT,从流场流动细节对整流罩的节能机理进行研究。  FLUENT是一个比较完善的软件包,包括前处理器,求解器和后处理器。本文通过裸船体在粘性流场中的数值实现,求得桨盘面处的标称伴流分布。对各速度下的桨盘面分布作对比分析,得出伴流场的特征。整流罩分布的位置以及尺寸,从伴流场特征以及尾轴三维流线图和尾轴处速度矢量分布来确定。对整流罩形式作讨论:刨面形式的选取;剖面与轴线夹角的逐步变化;整流叶片的对称或不对称布置;通过这些讨论来分析整流罩对推进效率影响的细节情况和作用机理。  建立整流罩模型和螺旋桨模型,采用滑移网格技术和分块混合网格对船、整流罩、螺旋桨一体进行离散。通过螺旋桨后部实交效伴流的分析比较,对有利于推进效率提高的整流罩形式以及叶片布置形式有一个定性的认识。将原船带桨、整流罩与原船带桨的实效伴流比较,得到其推进效率提高幅度,对其作验证,并确定这种数值模拟方法的可行性。  通过FLUENT的一系列建模和计算比较,本文得到以下结论:  1)与轴向夹角10度左右,截面水动力性能良好的整流罩对推进效率提高最大。  2)根据螺旋桨转速和旋向分布的不对称预旋叶片对推进效率提高贡献较大。  3)原型船的效率提高幅度通过CFD验算误差较小,本文数值模拟方法可行。
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