半圆形导流罩设计应用分析

由于 原油 价格 的 大 幅上 升 ， 时考 虑 到 环 保 同
对 二 氧化碳 减 排 的 需求 ， 少船 舶 的燃 油 消 耗 率 减
越来 越 受 到相关 各 方 的重视 。而 大型 油船 和散 货
船都 趋 向 于不 断增 加 丰满 度 ， 过 改 进 船 体 线 型 通
来 改善 船舶 推 进 性 能 ， 乎 达 到 了 极 限状 态 。半 几 圆形 导 流罩 可 以降 低 主 机 马 力 ， 比改 变 船 体 线 是 型更 加经 济 、 更加 有效 的理 想节 能设 备 。
要 的角色 。
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５
旋桨 轴上 方 比较 大 （ ０＝ ０～５ 。 。所 以 ， 确 地 ０） 正 设计 导 流罩 的上半 部分 从而保 证 其有效 地产 生推
力 和矫 正水流 是 十分重 要 的。
基 于这个 流 场数 据 ， 计 一 个 圆形 导 流罩 和 设 半 圆形 导流 罩来 进行对 比 ， 图 ４ 。 见
／
图 ３ 导 流 罩 的流 速 和 来自 角 果达 到 了近 ３ 。 图 ５表 明 ， 圆 导 流 罩 的节 能 ％ 半
从 图 ３可 以发 现 ， 入 的角度 和速 度 均 在 螺 流
效果 比圆形导 流罩 的节 能效果 要好 。 图 ６为 圆形导 流罩 和半 圆形导 流罩 的 自推进 因素 的对 比。对 比两 种 自推 进 因素 ， 导 流 罩产 跟 生 的推 力相 关 的 ｌ （ 为推 力 减额 分 数 ） 善 是 —ｔ ｔ 改 显著 的 。从 结果 可 以发 现 ， 流罩 的上 半 部 分 在 导 改善节 能 效果 （ 生 推 力 ） 产 时扮 演 了一 个 非 常 重
置 以加强 其矫直 效果 。 ２ 通过 把 导 流 罩 放 置 在 对 角 线 流 量 较 大 的 ） 角 度使其 向前 的推 力增 加 。
３ １ 推进 性能试 验 ． 推进 性能 试验 包 括 阻 力试 验 和 自推 进 试 验 。 阻力试 验在 没有 安装 螺旋 桨 的状 态下 进 行 ， 自推 叶● 嘴ｒ ＿ 叶● ＿ 寸 ０ ｛
了半 圆形导流罩 型节 能装 置。试验结果表 明， 半导流罩的节能效果为 ３ ～ ％ 。 ％ ７
关键词 ： 船舶 ； 圆形 导 流 罩 ； 能 装 置 半 节 中图分类号 ：６２ Ｕ６ 文 献 标 志码 ： Ａ 文 章 编 号 ：６ １７ ５ （ ０ ２ ０ － ２ －３ １７ －９ ３ ２ １ ） ３０ ７ ０ ０
而有 助于 减小船 体 阻力 。
力
２ 导流 罩 的推力 效 应 。如 图 １所 示 ， 艉 流 ） 船 场 是一 个 由舭部漩 涡水流 和沿船 体 的水流 组成 的 共轭流 。可 以通 过正 确调 整导 流罩 叶片 的形状 和 攻 角来 产 生推力 。 ３ 增加 伴流 增量 。通 过减 小 、 缓 流 向螺 旋 ） 减 桨 平 面的舭 部扰 流来 获得伴 流增 量 。
桨平 面 完整 的尾 部伴 流见 图 ２ 。
收 稿 日期 ：０ １一Ｉ —０ ２１ １ １ 修 回 日期 ：０ ２—０ ２１ ２—１ ２
的流场 ， 以改善 螺 旋 桨 空 泡性 能 。这 意 味 着 改 善 了螺旋 桨设计 ， 比如减 小螺 旋桨盘 面 面积 。
第 一 作 者 简 介 ： 林 海 （９ ８一） 男 ， 士 ， 程 师 。 李 １７ ， 学 工 研 究 方 向 ： 舶 与 海 洋 工 程 船
所 以通过 除去 圆形 导流 罩 的下 半部 分而 得到 一个 半 圆形 导流 罩 。
３ ２ 导 流罩 的节 能效 果 ．
图 ５显示 在导 流罩 安装 和不安 装两 种情 况下
在设 计之 前 ， 测量 导流 罩 安装位 置 的尾 部流 场 以 收集导 流罩设 计 所需信 息 。通过 在螺旋 桨推 进 试 验状态 下放 置一 个 Ｌ形 皮托 管 来 进 行测 量 。 图 ３显 示 了流速 的周 向分 布和船 体尾 流流 人导 流 罩 的角度 ， 测量 范 围为 ０ ７倍 的螺旋 桨半 径 。 ．
有效 功率 和制动 功率 之 间的改善 比率 。
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图 ５ 导 流 罩 装 置 节 能 对 比
由 图 ５可 以看 出 ， 有效 功率 Ｐ 和制 动功 率 Ｐ
在导 流罩 安装 的情况 下均 得到 了提 高 。通 过对 船
体 阻力 的减小 和对 自推 进 因 素 的改 善 ， 节 能 效 使
果， 在拖 曳水 池 内进行试 验 。
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孔 径角 、 导流 罩长 度验证 ， 积 累设 计数 据 。 来 通过 参数化研究表 明 ， 导流罩加长会 增加节 能
效果 ， 尤其是增加 导流罩上半部 分 的长 度 。基 于这
第 ４ 卷 第 ３期 ｌ ２１ ０ ２年 ０ ６月
船 海 工 程
ＳＨＩ ＆ ＯＣＥＡＮ Ｐ ＥＮＧＩ ＮＥＥＲＩ ＮＧ
Ｖｏ ． Ｎｏ ３ １ ４１ ．
Ｊ ｎ２ ２ ｕ ． ０１
Ｄ Ｉ１ ．９ ３ ｊｉ ｎ １７ －９ ３ ２ １． ３０ ０ Ｏ ：０ ３ ６／．ｓ ．６ １７ ５ ．０ ２ ０ ．１ ｓ
力 回 收
螺 旋 桨 平 面 流 场 改 善
图 １ 导 流 罩 节 能基 本 原 理
４ 提高 螺旋 桨推 进 效 率 。通 过 导 流罩 ， ） 艉部 水 流 的径 向分量 被 转 化 为轴 向分 量 ， 螺 旋 桨平 使
面 的轴 向水 流速度 统一 起来 。从 而产 生一个 良好
１ 平 直 尾 部 水 流 减 小 船 体 阻 力 。某 船 螺 旋 ）
半 圆形 导 流 罩 设 计 应 用 分 析
李 林海
（ 南通 中远 川崎船舶 工程有限公 司， 江苏 南通 ２６ ０ ） ２ ０ ５
摘 要： 由于 燃 油 成 本 的快 速 增 长 ， 了满 足 节 能 的 要 求 ， 过 大 量 的模 型 试 验 以 及 水 动 力 研 究 ， 发 出 为 通 开
为 了建立设 计 半 圆导 流罩 的方 法 ， 影 响 到 对
节能 效 果 的 参 数 （ 导 流 罩 的 形 状 和 位 置 相 关 与
的） 通过 水 池 试 验 进 行 导 流 罩 安 装 位 置 、 流 罩 导
图 ４ 导 流 罩 的布 置位 置
３ 试 验 验证 节 能 效 果
为 了验 证 所 设 计 的半 圆 形 导 流 罩 的 节 能 效
０
０ １
０２
图 ２ 船 体 艉 部 扰 流
为 圆形 或 类似 圆形 。节 能基 本原 理 见 图 １ 。
在船 艉 附近 ， 常有 一 个 复 杂 的 流场 并 伴 随 通 漩涡（ 船体 艉 部 扰 流 ） 见 图 １ 图 ２ 。导 流 罩 能 （ 、 ） 控制并 理顺 尾 部附 近扰 流 ， 之形成 轴 向水流 ， 使 从
与 传统 的 圆形 导 流 罩 不 同 ， 圆形 导 流 罩 去 半
除 了 圆形 导 流罩 下半 部 。该装 置节 能效 果 比 圆形
导流 罩好 。
① 舭 部 漩 涡 流 向
② 螺 旋桨 嘲 Ｆ
１ 节 能 基 本 原 理
导 流 罩基本 上安 装 在 螺 旋 桨 的正 前 方 ， 状 形
进 试验 在螺 旋桨 工作 状 态 下测 量 自推进 因素 （ 螺 旋桨 、 船体 、 的干 扰 因素 ） 舵 。推进 性 能 试 验 分 别 为安 装和 未安装 导流 罩状 态 。试 验结 果用 来计 算 需要 的功 率 ， 种 情 况 进行 对 比来 判 断其 节 能 效 两
果。
３ 设 置 导流罩 直 径 约 为 ０ ７倍 螺 旋 桨直 径 ， ） ． 从 而使 产生 的低 速艉 流能 流 向使 螺旋 桨产 生最 大 推 力 的 区域 。 ４ 由于舭部 旋 涡在 螺 旋 桨轴 上 侧 比较 强烈 ， ）
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２ 导 流 罩 的设 计 构 思
基 于 上述节 能 的基 本原 理 ， 流罩 的形 状 以 导
及 安装 位置 的设 计构 思如 下 。
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第 ３期
船
海
工
程
第 ４ 卷 １
１ 把导 流 罩 放 置 于船 艉 舭 部 漩 涡 较 强 的 位 ）
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图 ６ 圆形 和 半 圆形 导 流 罩 装 置 的 自推 进 系数 对 比
２ ３ 半 圆形导流 罩 的形式 改进 ．
ａ 半 圆 形 导 流 罩 ） ｂ 圆 形 导 流 罩 ）