世界经济和科学技术的进步带动船舶行业蓬勃发展,对船舶的操纵性能提出了很大的要求,侧推器作为船舶辅助装置,其精准的定位性、良好操作性和能及时的避让暗礁和克服近岸效应等优点受到领域内专家和研究者的青睐。随着船舶的多元化和大型化,普通的螺旋桨已经不满足现状,因此人们将目标转向对转螺旋桨,因为对转螺旋桨的后桨能吸收前桨的涡流能量,从而提高能量利用率,并且有效的提高船舶的快速性和推进效率,解决单螺旋桨所面临的问题。本文通过CFD数值模拟,对装配对转桨侧推器进行性能预测,为船舶动力设计提供理论参考。针对上述提出的研究目的,本文具体研究内容如下:1.根据厂家要求和提供相关数据,进行三维设计。然后对螺旋桨进行计算域和网格的划分,在standard6)-、RNG6)-、SST6)-和RAM四种不同湍流模型下进行CFD数值计算,将计算结果与试验数据相对比,同时分析螺旋桨桨叶压力特性及尾流场分布情况,证明设计的螺旋桨是否符合设计要求,以及证明数值计算的可行性和可靠性,为后续研究奠定基础。2.对对转桨配合参数进行设计,如前后桨的直径比、叶错角以及桨间距,然后在单桨研究的基础上,对对转桨在不同进速系数下进行数值模拟,一方面将计算结果与试验数据进行对比,分析误差,另一方面对比分析单桨和对转桨的敞水性能。3.为了更精确的分析侧推器的性能以及周围流场分布情况,首先构建某船的简化模型,通过数值计算,分析船模的流场速度分布以及船体压力分布,为进行艏侧推器的研究奠定基础;随后建立配备单桨和对转桨侧推器的船模,分别对装配对转螺旋桨侧推器和单螺旋桨侧推器进行CFD数值计算,通过对尾流场进行分析对比单桨侧推器和对转侧推器的性能。通过以上数值计算,结果表明:1.通过四种湍流模型进行CFD数值模型,计算结果与试验数据对比,得出SST6)-和RAM与试验数据相吻合度最好,满足设计要求,考虑到计算机的性能和计算时间,选择SST6)-湍流模型为最佳模型,在后续对转螺旋桨和侧推器的数值计算中,均使用SST6)-湍流模型进行计算。2.在单桨研究的基础上,进一步对对转螺旋桨进行研究,将数值计算结果和试验结果进行对比,结果表明:对转桨的推力系数和扭矩系数大于单桨的50%,敞水效率比单桨高1.4%~15.46%,同时引入的功率系数也证明了对转桨的优越性能。对比单桨和对转桨桨叶压力和尾流场发现,当进速系数小时单桨的叶面的压力大于叶背,对转桨正好相反,同时,对转桨尾流向里收缩的趋势大。3.通过对不装配侧推器船舶进行模拟观察流场发现,船舶航行时,船体的速度和压力主要分布在船首和船底,因此在进行船体结构设计时,需要对船首和船底进行加强处理;同时,对装配单桨和对转桨侧推器船模进行数值计算,通过对其流场的迹线图和纵向和轴向速度等值线分布图可以看出,对转桨侧推器产生的推力明显大于单桨侧推器。同时,在船体对角处的速度较大,说明船体在侧推器的作用下生成转向力进行掉头转向;且对转桨侧推器转向效果要比单桨侧推器要好。综上所述,对转螺旋桨侧推器表现出优越的性能。