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【6h】

基于CFD螺旋桨毂帽鳍水动力性能研究

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摘要

近年来，随着国际油价的日益增长，以及经济危机对国际船市的影响，使得船舶运输业与制造业受到了前所未有的严峻挑战，再加之国际海事组织(IMO)近年来对安全、环保领域不断增加的要求，如NOx排放、TireⅡ标准、压载水处理以及目标行标准(GBS)等要求的实施，致使船舶的新船能效设计指数(EEDI)提高。在这样的大背景之下，我国造船业如何在原有建船方案的前提下提高船舶的节能效率成为各大设计单位的首要任务，船舶节能装置再次成为人们关注的焦点。
　　螺旋桨毂帽鳍作为一种新型的船用节能装置，合理安排其在桨后的位置，能够明显提升螺旋桨的推进效率。因此本文采用计算流体力学方法对螺旋桨毂帽鳍的敞水性能进行数值模拟。
　　首先，为了验证CFD商业软件FLUENT数值模拟的可靠性，选取通用螺旋桨DTMB4119桨作为研究对象，根据计算结果与试验值的比较分析，说明FLUENT具有一定的可靠性。在DTMB4119桨的基础上，设计相应的毂帽鳍形状，通过改变毂帽鳍安装角度，来初步研究毂帽鳍的节能效果。从计算结果分析可以看出，与DTMB4119桨相关的毂帽鳍在安装角度为40°时，表现出最佳的节能效果，其效率增量能够达到0.798％。
　　其次，选取另外一特殊螺旋桨作为研究对象，分别考虑了多种参数变化下的毂帽鳍对螺旋桨敞水性能的影响。其变化参数包括毂帽鳍安装角、直径大小及桨后轴向位置。综合分析计算结果可以看出，与其螺旋桨相对应的毂帽鳍在安装角度为50°时，其节能效果在0.52392％～1.14966％的范围内，且随鳍叶直径的增大而增大，轴向位置的改变对螺旋桨及毂帽鳍整体效率的影响并没有规律性的变化。
　　最后，本文就螺旋桨桨叶个数变化、纵倾变化及不同湍流模型对其敞水性能的影响进行了FLUENT数值模拟。从模拟结果看出，本文中涉及的螺旋桨在叶数为五叶、向船首纵倾时表现出较佳的性能。而湍流模型的影响表现为SSTk-ω模型下所得到的效率最佳，RNGk-ε模型次之，Realizablek-ε模型最差。
　　到目前为止，国内可查阅的研究螺旋桨毂帽鳍的文献并不是很多，因此本文所做工作对后续研究提供了一定的数值参考价值。

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