【摘 要】
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开展船舶双螺旋桨射流的研究对于计算海洋结构物受到螺旋桨射流冲击力载荷以及确定螺旋桨性能具有重要的意义。本文基于Lam(2008)的经典单螺旋桨实验的模型与参数构建了双螺
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开展船舶双螺旋桨射流的研究对于计算海洋结构物受到螺旋桨射流冲击力载荷以及确定螺旋桨性能具有重要的意义。本文基于Lam(2008)的经典单螺旋桨实验的模型与参数构建了双螺旋桨模型,并使用标准k-ε模型模拟了双螺旋桨射流流场;对比了CFD数值模拟结果、Lam单螺旋桨实验结果和前人的单螺旋桨半经验公式,研究了双螺旋桨射流流场分布;根据双螺旋桨射流的轴向速度分布情况,划分了射流不干涉区、射流干涉区、射流发展区、射流四峰值区、射流两峰值区和射流完成区。并分析了双螺旋桨转向,间距,转速,盘面比和螺旋桨型号对射流出流速度与射流速度分布的影响。研究采用CFD三维数值模拟计算模拟双螺旋桨射流。本文使用理论证明了双螺旋桨系统中的两个螺旋桨射流在出流平面处互不干涉,并基于此结论使用单螺旋桨实验的出流平面数据对双螺旋桨射流的数值模拟结果进行验证,进而研究了网格密度和湍流模型对数值模拟结果的影响,提出了适用于双螺旋桨射流预测的数值模拟方法:采用结构化和非结构化网格,使用旋转参考系模型和标准k-ε模型进行CFD模拟。对比CFD数值模拟结果、Lam单螺旋桨实验结果和前人的单螺旋桨半经验公式研究了双螺旋桨射流轴向、切向和径向速度分量的分布,根据标准k-ε模型结果得出了相应的公式。轴向速度是双螺旋桨射流中的第一大分量,随着射流的发展两个螺旋桨的轴向射流速度分布呈现融合的趋势。切向速度是双螺旋桨射流中的第二大分量,而径向速度则非常小,切向速度和径向速度随着射流发展而渐渐衰减。随着射流向后发展,双螺旋桨的最大湍流强度先减小再增大后减小。研究通过对比单螺旋桨与双螺旋桨射流的异同,考虑双螺旋桨间距和转向,基于前人单螺旋桨射流的分布公式提出了双螺旋桨射流轴向速度的分布公式。并研究了螺旋桨转速和盘面比对双螺旋桨推力系数和射流出流速度的影响。最后定性地分析了双螺旋桨射流的切向速度,径向速度、轴向速度和湍流强度分布。
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