导管桨加装节能舵球的水动力性能计算分析

导 管 桨 加装 节 能舵 球 的水 动力 性 能计 算 分 析
王贵彪 ， 谢 永和
（ 浙江海洋学院 ａ ． 水产学院 ， ｂ ． 船舶与建３ ’ ） Ｌ － Ｙ － 程 学院 ， 浙江 舟 山 ３ １ ６ ０ ０ ４ ）
摘
要： 针对 ４ ２ ｍ拖 网渔 船导管 桨和舵 ， 利用 Ｃ Ｆ Ｄ商 业软件 Ｆ ｌ ｕ ｅ ｎ ｔ 提供 的 Ｍ Ｒ Ｆ法和 Ｒ Ｎ Ｇ ｋ － ｅ湍流模
（ ２）
收 稿 日期 ： ２ ０ １ ２—１ １ —１ ５
修 回 日期 ： ２ ０ １ ２—１ ２— ２ ８
２ 计 算 的 前 处理
２ ． １ 几何模 型 的建立 与网格 划分
计算选 取模 型为 ４ ２ ｍ拖 网渔船 的 Ｋ ａ ４ － ５ ５型 导管 桨和 Ｎ Ａ Ｃ Ａ ． １ ８剖 面 的舵 ， 其参 数分 别 为直 径 ３ ｍ， 毂径 ０ ． ４ ８ ｍ ｍ， 螺距 ４ ． ２ ６ Ｉ ｎ ， 盘面 比 ０ ． ５ ５的 导管 桨 ； 舵 尺寸 要素 为 ３ ． ３ ｉ ｆ ｌ ｍ ×１ ． ５ ｍ ｍ， 面积 为
将螺旋 桨 与舵 当 成 一 个 系统 来 计 算 其 水 动 力 性 能¨ 。舵球 作为一种节 能装 置 ， 投资少 、 安 装方便 ，
采用 Ｒ Ｎ Ｇ 一 ｓ模 型对 雷 诺 平 均 方 程 进 行 封 闭， 该模 型 所 得 到 的 ｋ方 程 和 方 程 与 标 准 一 模 型非 常相似 ：
有相 同的精 度 ， 但 计算 效率 提 高 了 ２倍 。因此 ， 在 线加热成形温度 场分析 中， 仅需对加热线 附近 的网
分 的网格 。这样 既 可 以保 证 计 算 的精 度 ， 又 能 节
格进行细密划分 ， 以节省 计算 时间 ， 提高计算效率 。
４ ． ９ ５ ｍ ， 展弦 比为 ２ ． ２ 。
资助项 目： 浙江省大学生科技创 新活动计 划 （ 新 苗 人 才计 划 ） （ ２ ０ １ ２ Ｒ ４ １ １ ０ ４ ０ ） 第一作者简介 ： 王 贵彪 （ １ ９ ８ ６一） ， 男， 硕 士 生 研究方 向： 渔船 装 备 与技 术
：
可 压缩 湍 流脉 动 膨胀 对 总 的耗 散率
的影 响 ；
０
（ １ ）
， —
—
湍动 能 和耗 散率 的有效普 朗
特数 的倒数 。
Ｒ Ａ Ｎ Ｓ方程 为
Ｐ
警＋ 十 ～ Ｐ ＿ ， Ｏ ｘ ＋ 一窘 一 ＋ ＋ 一ｌ 一 Ｐ 警 ＿ ＋ ｐ ＿ ，
第 ３期
船
海
工
程
第４ ２卷
省 了近 ２ ／ ３的时 间 ， 计算 效率提 高 了 ２倍 。 因此 ， 在线加 热成 形温度 场 的数值模 拟 中 ， 可 以采 用加热 线 区域细 密划分 的 网格 代替 原均匀 划
Ｍｌ ｌ Ｂ与均匀 划分 的 网格 Ｍｌ ｌ ， 在计算 温度 场时 具
型， 计算导管桨一 舵系统 的水动力性能 。设计一种节能舵球 ， 计算安装舵球后桨一 舵一 舵球 系统 的水动力性能 ， 研 究节能效果与进速系数之间的关系 ， 分析导管桨尾流场 ， 探讨舵球节能 的机理 。 关键词 ： 导管桨 ； 舵； 节能舵球 ； 系统 ； 水动力性能
中图 分 类 号 ： Ｕ ６ ６ ４ ． ３ １ 文 献标 志码 ： Ａ 文章 编 号 ： １ ６ ７ １ — ７ ９ ５ ３ （ ２ ０ １ ３ ） ０ ３ － ０ ０ ４ ８ — ０ ４
Ｐ
对各 类新 旧船型都适 用 ， 且 能够取得 理想 的节能效 果， 普遍受到 船东 的欢 迎 。 目前 ， 国 内外 许 多研究
者 已经对螺旋 桨加装 舵 球 的水 动 力性 能做 了较 深
入 的研 究 ， 但还仅 仅 局 限于普 通 螺旋 桨 ， 对 导 管桨 加装 舵球后 的水动力性 能分析较 少涉及 。为此 ， 本
２
ｃ．
力性 能进行计算 与 比较 ， 分析舵球 的节能机理 。
Ｃ ２
一Ｒ
（ ４ ）
１ 控 制 方 程 和 湍 流模 型
１ ． １ 控 制方 程
式 中： Ｇ —— 平均速 度梯 度引起 的湍 动能 ；
Ｇ — — 浮力影 响 引起 的湍 动能 ；
— —
针对不 可压 缩流体 ， 其 连续 性方程 为
Ｅ － ｍａ ｉ ｌ ： ｗ ａ ｎ ｇ ｊ ｉ ｄ ｅ ｌ ｅ ｉ ＠１ ６ ３ ． Ｃ Ｏ ｎ ｒ
４８
设计 的舵 球 由两 个部 分 组 成 ： 前 部 分 为半 个
球体 ， 后 部 分 为 同一 圆形 为 底 面 的 圆锥 与 舵 叶 。 通 过布 鲁尔运 算 所得 ， 圆锥 的高 度 为 圆心 至舵 叶
第４ ２卷 第 ３期 ２ ０ １ ３年 ０ ６月
船 海 工 程
Ｓ ＨＩ Ｐ ＆ ０Ｃ Ｅ ＡＮ Ｅ ＮＧＩ Ｎ ＥＥ ＲＩ ＮＧ
Ｖｏ １ ． ４ ２ Ｎｏ． ３
Ｊ ｕ ｎ ． ２ ０ １ ３
Ｄ Ｏ Ｉ ： １ ０ ． ３ ９ ６ ３ ／ ｊ ． ｉ ｓ ｓ ｎ ． １ ６ ７ １ － ７ ９ ５ ３ ． ２ ０ １ ３ ． ０ ３ ． ０ １ ２
螺旋桨 作为船 舶上 应用 最 为广泛 的一种 推进 器， 其水动 力性能不仅与其 本身 的要 素 、 船体 、 主机
有关 ， 而且 还受 到螺 旋 桨后 舵 的影 响 。因此 ， 必 须
式中： —— 雷诺 平均 速度 ；
— —
脉动速 度 ；
Ｐ ｕ —— 雷诺 应力 。
１ ． ２ 湍流 模型
警 ＝ ｆ 【 （ ） １ Ｊ ＋ 扎 Ｇ ＋ 扎 Ｇ ６ 一 Ｐ 一
（ ３ ）
＝
文针 对 ４ ２ ｍ 拖 网渔船 的导 管螺 旋桨 及其 舵Байду номын сангаас， 利用
Ｆ ｌ ｕ ｅ ｎ ｔ 软件 ， 对加 装舵 球前 后 ， 导管 桨． 舵 系统 水动
ｐ
［ （ ） 塞 】 ＋ 詈 （ Ｇ ＋ Ｇ ） 一