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襟翼式前置定子
节能机理分析及优化
航运安全与技术国家重点实验室
航运技术交通行业重点实验室
杨帆
1
襟翼式前置定子几何形状
前置定子是安装在螺旋桨前方的节能装置，其主要目的
是通过改善船尾伴流场、产生预旋流来提高船舶推进效率。
2017/7/32
PSS节能机理分析
分析方法
流态
分析
能量
分析
PSS节能
机理分析
3
PSS节能机理分析
能量分析介绍
船舶在航行时螺旋桨吸收主机功率推船前进，但是螺旋
桨吸收的功率并不能全部用于克服船舶阻力，有相当一部分
能量损失在螺旋桨的尾流中。节能装置的作用就是减小尾流
中的能量损失，提高推进效率，以达到节能的作用。因此用
能量的观点来分析船尾流场能够简洁明了地展示节能装置的
节能机理。
4
PSS节能机理分析
能量分析介绍
首先定义在尾流中单位时间内通过某截面Sw处的轴向动能Eax
和横向动能Etr。
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1
E???
2
ρ?V??V???V???
ds
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无因次化
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?ds/S
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ds/S?
E??????E???E??
K??????K???K??
注意
1、当Ktotal=0时，说明尾流中没有能量损失。
2、当Ktotal＞0时，说明推进系统的能量有一部分
浪费在了尾流中。
3、Ktotal值越大说明尾流中的能量损失就越多。
5
PSS节能机理分析
能量分析介绍
本文选取了截面A、截
面B以及桨盘面来监测
船尾流体能量的变化。
这三个截面是以桨轴中
心线为基准的圆面，其
直径为螺旋桨直径的
1.3倍。
6
PSS节能机理分析
无桨时前置定子对流场的影响
(a)不带前置定子(b)带前置定子
桨盘面处轴向伴流等值图（计算值）
7
PSS节能机理分析
有桨时前置定子对流场的影响
无节能装置时的横向速度矢量图前置定子时横向速度矢量图
8
PSS节能机理分析
有桨时前置定子对流场的影响
截面A处的动能比较
不带前置定子带前置定子变化
Kax0.064930.06230-4.051%
Ktr0.065870.071498.532%
Ktotal0.13080.13382.294%
截面B处的动能比较
不带前置定子带前置定子变化
Kax0.048890.04787-2.086%
Ktr0.077870.06006-22.87%
Ktotal0.12680.1079-14.91%
9
PSS节能机理分析
有桨时前置定子对流场的影响
为了更好的阐明前
置定子对桨前流体的
影响，本节给出了在
前置定子区域不同剖
面的切向速度矢量图。
10
PSS节能机理分析
有桨时前置定子对流场的影响无前置定子影响
有前置定子影截响面1截面2截面3
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PSS节能机理分析
有桨时前置定子对流场的影响
无前置定子影响
有前置定子影响
截面4截面5
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PSS节能机理分析
前置定子的作用区域（半径）
船尾部以桨轴为中心，不同半径区域流体的流态各不相同。
注：
(a)横向动能大小(b)横向动能强度横向动能强度
是指单位面积
有桨无节能装置时的截面B不同半径之间的横向动能及能量强度分布
上所含有的横
向动能。
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PSS节能机理分析
前置定子的作用区域（半径）
因此，在设计之初重点考虑了该前置定子对0.8R半径
区域以内流体旋转运动的影响力。通过控制襟翼在不同半
径处的弦长，使得越靠近桨轴前置定子对流体旋转运动的
影响程度越大。
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PSS节能机理分析
前置定子的作用区域（半径）
有桨作用时船尾截面A不同半径之间的横向动能强度
不带前置定子带前置定子变化%
0-0.4R0.038360.0496729.48
0.4-0.6R0.038590.0579650.19
该前置定子对桨前以
0.6R为半径的区域内的流
0.6-0.8R0.081660.083432.168
0.8-1R0.089120.093595.015
1-1.3R0.060560.063254.445
体影响比较大，具有明显
的预旋作用。
有桨作用时船尾截面B不同半径之间的横向动能强度
不带前置定子带前置定子变化%
前置定子的预旋作用
0-0.4R0.18120.09600-47.01
0.4-0.6R0.15140.08411-44.44
0.6-0.8R0.091550.07536-17.69
0.8-1R0.058830.060903
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