哈尔滨工程大学专业学位硕士学位论文
摘要
随着全球船舶行业的发展，船舶的技术水平和性能不断升级。然而，随之而来的高
速发展也带来了一系列的问题，其中之一便是控制船舶产生的温室气体排放。目前，为
提高螺旋桨的推进性能，安装节能附体的方法被广泛采用。其中，安装螺旋桨整流装置
是一种有效的方法。然而，螺旋桨整流装置的参数设计对其节能效果有很大的影响，因
此研究整流装置的设计参数对节能效果的影响具有重要的意义。
本文的研究目标是招商局金陵船舶（威海）有限公司的主要建造船型之一，
64000DWT散货船尾部整流装置设计及优化。首先，本研究针对目标船型和螺旋桨进行
了模型建模，并进行了数值计算仿真。为验证数值模拟的准确性，对比了数值计算结果
与船厂提供的船模实验数据，发现数值计算误差均不超过3%，满足数值计算的精度要
求。目前，针对船体、螺旋桨和节能装置的研究主要基于模型试验方法展开。然而，模
型试验方法成本高、周期长，且受到变量不可控因素的影响。因此，本文选择采用计算
流体力学（ComputationalFluidDynamics，CFD）作为主要研究手段。
采用数值模拟方法对尾部整流装置的作用机理进行了研究，分析了其流场特性，从
而更加深入地了解其作用效果。着重分析了安装整流装置前后螺旋桨的力学特性、流场
特性以及整流装置的工作原理，并探究了整流装置设计参数的变化对螺旋桨推进性能的
影响，其中主要选取整流装置的预旋翼的安装攻角、预旋翼高度、预旋翼宽度、整流装
置与螺旋桨间距等，发现这些设计参数都存在一个合理的取值范围，在这个范围内，整
流装置可以取得相对较好的节能效果。之后研究了雷诺数大小对对整流装置节能效果的
影响，发现存在一个临界值，在雷诺数小于这个数时，随着雷诺数的增大，节能效率增
加较快，而当雷诺数大于这个临界值后，节能效率的增速变化较小，从侧面说明了在实
尺度的情况下，整流装置可能会有更好的节能效果。之后考察了有无舵的情况下，整流
装置节能效果的差异，发现无舵时比有舵时，整流装置的节能效果更好。最后基于SST
模型对整流装置的尺度效应进行研究，发现整流装置存在着明显的尺度效应，且在实尺
度下，整流装置的节能效果比模型尺度更好。
关键词：整流装置；节能机理；参数优化；数值分析
哈尔滨工程大学专业学位硕士学位论文
ABSTRACT
Astheglobalmarineindustrydevelops,thetechnologylevelandperformanceofshipsare
constantlyupgraded.However,theensuinghighspeeddevelopmenthasalsobroughtaseries
ofproblems,oneofwhichisthecontrolofgreenhousegasemissionsgeneratedbyships.
Currently,theinstallationofenergy-savingappendagestoimprovepropulsionperformanceof
propellersiswidelyused.Oneoftheeffectivemethodsistheinstallationofpropellerrectifiers.
However,theparameterdesignofthepropellerrectifierhasagreatinfluenceonitsenergy
savingeffect,soitisimportanttostudytheinfluenceofthedesignparametersoftherectifier
ontheenergysavingeffect.
Theresearchtargetofthispaperisthedesignandoptimizationofthesternfairingdevice