西江航线主流船型螺旋桨推进性能分析

发布时间：2020-05-16 15:03

【摘要】：随着将西江水系打造成为亿吨级黄金水道上升为国家战略以来,整条航线上无论船舶数量还是船舶吨位都迅速增长,而螺旋桨作为推动船舶运动的机械设备,承担着将柴油机产生的功率转化成能够控制船舶运动的推进力的角色,所以螺旋桨推进性能的优劣将会在很大程度上影响船舶的航行速度与经营成本,因此在建设黄金水道的背景下开展西江航线主流船型螺旋桨的推进性能分析就有较高的工程现实意义,论文的主要研究工作与成果如下:(1)建立了船体和螺旋桨实体模型以及仿真计算模型。利用西江航线主流船型船体CAD图纸完成船体的建模工作,计算船体有效马力并根据B型设计图谱经初步设计与终结设计后得到螺旋桨设计参数,完成螺旋桨的实体模型构建,在CFD软件Fluent前处理中完成仿真模型的建立。(2)对比分析了在均匀流场与非均匀流场的螺旋桨推进性能。在均匀流场中分别计算三种湍流模型和SM模型的仿真结果,并与船池试验值对比,结果表明采用Reliablek-ε湍流模型和SM模型的精度最高;由非均匀流场中螺旋桨推进性能分析可知,非均匀流场会直接改变螺旋桨盘面前的来流速度进而影响到螺旋桨盘面上的压力分布,导致单桨叶的推力值与转矩值在不同圆周位置时发生较大波动,但对整体影响不大,可以看出非均匀流场中螺旋桨推力与转矩要高于均匀流场。(3)分析了空化对螺旋桨推进性能的影响。在均匀流场中分别对不同湍流模型、不同空化模型以及不同空化数下产生的空化对螺旋桨推进性能的影响进行分析,结果表明,与其它湍流模型相比k-ωSST模型更适于研究空化影响下螺旋桨推进性能分析;两种空化模型在螺旋桨推进性能上的影响相差非常小;随着空化数σ的降低,空化现象的产生与发展也更加明显,在较高进速系数时就会发生空化现象,对应出现推力、转矩急剧减小的进速系数相应变大,从而对推进性能的影响也相应变大。(4)分析了结构参数变化对螺旋桨推进性能影响。在一定的范围内分别改变螺旋桨的螺距大小与纵斜角大小,结果表明,在均匀流场中螺旋桨螺距的改变对螺旋桨的推力系数、转矩系数和敞水效率影响较大,在一定范围内随着螺距的逐渐变大螺旋桨所发出的推力跟转矩也逐渐变大,适当减小螺距,可以提高敞水效率;虽然纵斜角度的改变对螺旋桨的推力、转矩和敞水效率影响很小,但是适当增大纵斜角可以减轻螺旋桨运转带来的船体诱导振动。
【图文】：

图 1-1 西江航线主流船型图 1-2 西江航线船用螺旋桨尽管船舶的数量和排水量有所增加，但是与长江航线上的运输船舶相比西航线上的船舶排水量还是较小，与此同时，西江航线上的船舶以短肥船型为，具有方形系数大的特点，虽然可以让船舶的运载量变大，但也会带来船舶进效率低、航行速度慢的问题。西江航线上的船舶受河道走势、降雨期上游库泄洪以及航线水位的综合影响，导致船体周围的水流速度是不同的，因而

2图 1-2 西江航线船用螺旋桨尽管船舶的数量和排水量有所增加，但是与长江航线上的运输船舶相比西江航线上的船舶排水量还是较小，与此同时，西江航线上的船舶以短肥船型为主，具有方形系数大的特点，虽然可以让船舶的运载量变大，，但也会带来船舶推进效率低、航行速度慢的问题。西江航线上的船舶受河道走势、降雨期上游水库泄洪以及航线水位的综合影响，导致船体周围的水流速度是不同的，因而船舶的推进性能会出现明显变化，从而降低船舶的航行速度，造成船舶的整体动力性能较差，出现船舶油耗较高而效率较低的现象，以 2015 年为例，我国内河船舶每运送 1kt·km 货物的平均油耗为 3.5kg，长江航线 3.22kg/（kt·km），
【学位授予单位】：武汉理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：U664.33

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本文编号：2666915