基于CFD的涡尾船改型优化设计

刘自浩，张志国，何 然，冯大奎，王先洲

(华中科技大学船舶与海洋工程学院，湖北武汉430074)

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随着燃油价格的上涨，能源短缺，船舶节能已成为世界造船和航运界的重要研究课题，上世纪以来，世界各国的船舶工作者致力于节能船型的研究，开发出了如球鼻着船型、纵流船型、双体船及小水线面双体船、浅吃水肥大船型等。另外，从改善船-桨配合、提高推进效率方面考虑，出现了球尾船型、不对称船尾、双尾船型、双尾鳍船型、涡尾船型等，均收到明显的节能效果［1-2］。

国内涡尾船型出现于20世纪70年代，华中工学院在意大利G.B.Tommasi蜗槽尾型船［3］基础上研发了平头涡尾船型［4］。经过多年发展，涡尾船型已成为技术成熟的节能船型。通过船模试验和实船试验研究结果的比较，说明该船型具有阻力性能好、推进效率高等显著优点［5］。涡尾船型设计难点主要是尾部涡道的设计，好的涡尾型线可以增加周向诱导效率，提高螺旋桨的推进效率;容纳大径深比螺旋桨，提高螺旋桨敞水效率;使伴流分数增大且变得均匀，提高船身效率，减小振动［6］。

在传统的船舶设计与优化设计中，主要依靠经验和船模试验，这需要花费大量的时间和费用，并需要通过多次摸索和重复试验，才能得到比较满意的结果，具有很大的局限性。随着计算机技术的迅速进步，计算流体力学 (CFD)得到了蓬勃发展。基于CFD软件的船舶水动力学数值模拟，由于具有以下特点而受到广泛关注［7］:第一，费用低、无尺度效应、无触点流动;第二，可以消除试验过程中传感器及模型变型等因素对船体周围流场产生的影响;第三，可以获得比较详细的流场结构信息等。……