张春涛，张彬，王庆伟

(中国水产科学研究院渔业机械仪器研究所，上海 200092)

我国海洋捕捞机动渔船传统水动力设计是对船体型线、螺旋桨、舵分别考虑，难以达到整体能效最优，能耗严重。常规船舶设计中由于艉部船体外板曲率变化较大，水流经过艉部和螺旋桨时，两者相互作用会造成一部分能量损失，导致螺旋桨推进效率降低。而由螺旋桨设计本身提升效率的空间越来越小，为此，多种节能装置应运而生，通过增加附体结构改善船尾的流场分布，提高螺旋桨推进效率[1]。舵球就是其中一种简单有效的节能装置，已经在散货船、集装箱船和油船等运输船舶中广泛运用，但在机动渔船中鲜有应用。结合39.8 m远洋围网渔船的节能设计任务，考虑采用计算流体动力学软件STAR-CCM+[2-3]和移动参考系法(MRF),对该渔船舵桨进行数值模拟，分析适合渔船尺寸的螺旋桨与舵之间的相互作用，分析舵球+桨毂不同组合形式与常规平板舵方案的水动力性能，以及艉流场和螺旋桨表面的压力分布，探讨节能机理，验证舵球在渔船上应用的可行性。

1 数学模型及计算方法

1.1 控制方程及湍流模式

数值分析中将舵和螺旋桨作为一个整体来对待，分析有舵球的螺旋桨的推进效率，与无舵球的原方案相比，评估其节能效果。

控制方程采用雷诺时均Navier-Stokes方程(简称RANS方法)[4]，该方法视流场为不可压缩、黏性的三维流动，其连续方程和动量方程为

∂μi/∂xi=0

(1)

(2)

同时考虑到螺旋桨的旋转，在旋转坐标系下有: