導管槳加裝節能舵球的水動力性能計算分析

王貴彪，謝永和

(浙江海洋學院a.水產學院，b.船舶與建筑工程學院，浙江 舟山316004)

螺旋槳作為船舶上應用最為廣泛的一種推進器，其水動力性能不僅與其本身的要素、船體、主機有關，而且還受到螺旋槳后舵的影響。因此，必須將螺旋槳與舵當成一個系統來計算其水動力性能［1］。舵球作為一種節能裝置，投資少、安裝方便，對各類新舊船型都適用，且能夠取得理想的節能效果，普遍受到船東的歡迎。目前，國內外許多研究者已經對螺旋槳加裝舵球的水動力性能做了較深入的研究，但還僅僅局限于普通螺旋槳，對導管槳加裝舵球后的水動力性能分析較少涉及。為此，本文針對42 m拖網漁船的導管螺旋槳及其舵，利用Fluent軟件，對加裝舵球前后，導管槳-舵系統水動力性能進行計算與比較，分析舵球的節能機理。

1 控制方程和湍流模型

1.1 控制方程

針對不可壓縮流體，其連續性方程為

RANS方程為

1.2 湍流模型

采用RNG k-ε模型對雷諾平均方程進行封閉，該模型所得到的k方程和ε方程與標準k-ε模型非常相似［2］:

式中:Gk——平均速度梯度引起的湍動能;

Gb——浮力影響引起的湍動能;

YM——可壓縮湍流脈動膨脹對總的耗散率的影響;

αK，αε——湍動能k和耗散率ε的有效普朗特數的倒數。

2 計算的前處理

2.1 幾何模型的建立與網格劃分

計算選取模型為42 m拖網漁船的Ka4-55型導管槳和NACA-18剖面的舵，其參數分別為直徑3 m，轂徑0.48 mm，螺距4.26 m，盤面比0.55的導管槳;舵尺寸要素為3.3 mm×1.5 mm，面積為4.95 m2，展弦比為2.2。

設計的舵球由兩個部分組成:前部分為半個球體，后部分為同一圓形為底面的圓錐與舵葉。……