伴流补偿导管参数化研究.PDF

伴流补偿导管参数化研究 孙涛，尹崇宏，万德成 (上海交通大学海洋工程国家重点实验室，上海，200240 ，Email: dcwan@) 摘要：伴流补偿导管作为一种典型的船舶节能装置，广泛被新建商船所采用。本文应用基 于开源平台OpenFOAM 开发的船舶与海洋工程CFD 求解器——naoe-FOAM-SJTU，对带有不 同直径的伴流补偿导管的JBC(JAPAN Bulk Carrier)进行自航数值模拟。分析导管直径对伴流补 偿导管节能效果的影响，并确定最佳的导管直径。 关键词：伴流补偿导管；管壁倾角；naoe-FOAM-SJTU The investigation of single parameter of wake equalizing duct using overset grids technology Sun Tao, YIN Chong-hong, WAN De-cheng (State Key Laboratory of Ocean Engineering, Shanghai Jiao Tong University, Shanghai, 200240. Email: dcwan@) Abstract ：Wake equalizing duct is one of typical energy saving devices for ships and is widely applied to new-built merchant ships. In this paper, a CFD solver for naval architecture and ocean engineering named naoe-FOAM-SJTU, which is based and developed on open source platform OpenFOAM, is applied to numerically simulate the self-propulsion of JBC installed with wake equalzing duct of different incline angles. The simulation results of pressure, wake and vortex are analysed and the best range of incline angle is identified. Key words ：wake equalizing duct; incline angle; naoe-FOAM-SJTU 1 引言 伴流补偿导管节能技术起源于20 世纪八十年代，由德国阿钦技术大学流体力学教授许内 克罗斯(Schneekluth)为了减少方形系数大的船的尾部水流分离现象而设计安装于船艉螺旋桨 [1] 前的一种船舶节能装置 。伴流补偿导管是一种有效的船舶节能技术，其形式简单，安装成本 低，节能效果明显。伴流补偿导管具有以下功能：加速螺旋桨盘面进流，使螺旋桨盘面进流更 加均匀，提高了推进效率；减少尾部流动分离，降低形状阻力；伴流补偿导管的形状与安装位 置适当，还可以产生附加推力。迄今为止，已经有多种不同的伴流补偿导管广泛的运用到实船 - 1 - 上，并取得了良好的效果，经长期海上试航以及使用，综合装载情况、海况和航速等因素，船 舶平均节能效果可以达到8%[2] 。2015 年，日本 国家海事研究所提出了一种新型的伴流补 偿导管，本文就该伴流补偿导管进行单参数研究，研究伴流导管管壁倾角对伴流补偿导管节能 效果的影响。通过对带有不同管壁倾角伴流补偿导管的JBC(JAPAN Bulk Carrier)进行自航数值 模拟，分析 JBC 的船体表面动压力、船艉伴流以及船艉螺旋桨涡量，确定最佳的管壁倾角取 [3] 值范围 。 2 数值方法 对于不可压、粘性流体，其控制方程为： U 0