近岸环境下船舶侧推器的水动力性能数值分析.pdf

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1、第44卷第1期船海工程Vo1．44No．12015年2月SHIP&OCEANENGINEERINGFeb．2015DOI：10．3963／j．issn．1671—7953．2015．01．016近岸环境下船舶侧推器的水动力性能数值分析赵汉星，王化明，邬宾杰，包辉阳(1．浙江省海运集团舟山五洲船舶修造有限公司，浙江舟山316000；2．浙江海洋学院船舶与海洋工程学院，浙江舟山316022)摘要：对船舶在近岸环境下航行时侧推器的水动力性能进行数值模拟研究。建立艏艉侧推器与船体的整体模型，利用基于RANS方程求解的粘性流数值方法，采用MRF模型，计算不同航速下艏艉侧推器的性能参数、侧推

2、器附近流场，以及船舶在近岸航行时的横向力与艏摇力矩。结果表明，近岸航行时侧推器的实际效能会因船速的变化而变化，船速的不断增加会使船舶与岸壁之间的吸引力超过侧推器的推力，从而导致碰撞。关键词：侧推器；CFD；水动力；MRF中图分类号：U661．3文献标志码：A文章编号：1671-7953(2015)O1-0064-05各种海工供应守护船多装备有艏艉侧推器，1问题描述及数值方法此类船舶需经常航行靠泊于港口，在狭窄的航道或码头附近的近岸航行中，由于岸壁干扰作用，船1．1问题描述舶会偏离原定航向，驶向岸壁。此时艏艉侧推器船体模型主要参数：垂线间长为2．25m，型的开启，能够在一定程度上减

3、弱岸壁效应对船舶宽为0．54m，吃水为0．25m。造成的引力影响，但在船舶航速过大，水深不足的侧推器模型选用KT一88B3型艏艉侧推器，情况下，侧推器的作用就会大打折扣。现有的对其模型主要参数：桨叶模型直径为50mm，4叶，侧推器效能的研究成果多停留在单一的侧推器螺螺旋桨转速100rad／s，输入轴旋转方向从原动机旋桨的水动力数值研究或局部的船体流场对侧推方向看为顺时针方向旋转，安装于位于0．15倍船器效能的影响¨。，少见对整船与侧推器结合的水长与0．75倍船长的船体处，安装有艏艉侧推器。动力数值分析研究，对艏艉侧推器影响船舶操纵限制水域为垂直型岸壁，见图1。水深吃水的研究更少。

4、现有的研究方法为侧推器性能的数比h／T取2，船舶重心距离岸壁为1．0B，船模共值模拟研究提供了很好的参考，但是并不适用于计l3种航速，0．2—2m／sJ，方向为一轴方向预报船舶航行时侧推器的性能与船舶的运动趋(轴垂直纸面向内)，螺旋桨转速100rad／s。势。为此，以安装有艏艉侧推器的Wigely船型为研究对象，对侧推器的推进性能进行数值模拟研究，同时考虑整船流场对侧推器效能的影响，利用粘性理论，采用MRF模型，研究装备有艏艉侧推器的船舶在近岸航行时的航行状态与侧推器的水图1岸壁工况动力性能。1．2控制方程与湍流模型假定所研究对象流体为不可压缩流体，则该收稿日期：2014—08—

5、25修回日期：2014—09—26流体流场的连续方程与动量方程如下。基金项目：国家自然科学基金(51109186)；：0(1)国家星火计划项目(2013GA700256)；舟山市科技计划项目(2013C11004)+第一作者简介：赵汉星(1956一)，男，学士，高级工程师毒(Ui=一吉老+研究方向：船舶设计与制造O1(2)E-mail：zhaohanxing@126．com[O~u+Ox~⋯⋯i2015~赵汉星等：近岸环境下船舶侧推器的水动力性能数值分析船海工程，第l期第4_4卷f3)得到1000(FF+Fl+F2)，—(5)式中：卜桨产生的推力；Q——桨的转矩；，1000(+1

6、+M2)(6)p——水的密度；肘一0．5p俨凡——桨转速；式中：——船身受到的横向力；D——桨的直径。F。、F2——艏、艉侧推器推力；在侧推器转速保持在100rad／s时，不同航速——船体自身艏摇力矩；下的艏艉侧推各推力、转矩系数变化见图7。。、——艏、艉侧推器工作时作用于船体的力矩。图8与图9给出了艏艉侧推器关闭与开启时，船舶在0．20～2．0m／s航速下的横向力与艏摇力矩变化。O鞴雠埭R靼粗图7各航速下艏艉侧推螺旋桨推力、转矩系数变化．●●叮．●●0由图7可见，艏艉侧推桨的推力系数与转矩●一一～一O系数随着航速的增加而增加，在0．2—2．0m／s的图8侧推器关闭与开启状态下航

7、速对横向力的影响航速之间，艏侧推桨的推力系数与转矩系数均高于艉侧推桨。当航速达到1．2m／s时，艏侧推桨的推力系数与转矩系数开始低于艉侧推桨的系数，并趋于平稳。3．2近岸航行时侧推器对船体的水动力作用首先对侧推器在不运转的工况下进行数值计算，得到12种航速下船体因压差而受到的横向力F(向岸壁方向为负)与艏摇力矩，并进行量纲图9侧推器关闭与开启状态下航速对艏摇力矩的影响一的纲化，得到量纲一的纲化的横向力系数与艏可以看出，侧推器不工作时，随着速度的增摇力矩系数cF与c]：1O00F加