比降河道内船舶航行特性及尺度效应分析

摘要

长江航道水面比降对船舶水动力性能有着直接影响,为探究不同尺度船舶在比降水域的水动力特性区别,以KCS集装箱船为对象,借助计算流体力学(CFD)软件Star-CCM+求解RANS方程,结合流体体积(VOF)方法对比降水域船舶航行进行数值模拟,并从船舶阻力、姿态、艉部伴流和自由液面等方面对船舶尺度效应进行分析。结果表明:由于船舶纵倾角度普遍大于水面比降,数值计算所得比降阻力大于经验公式计算结果;模型尺度航行阻力中摩擦阻力占比大于实船,压阻力占比随比降增大而增大;模型尺度尾部轴向伴流区大于实船,伴流区随水面比降增大而收缩,螺旋桨推力减小,船舶沿水面坡度上行难度增大。研究结论对船舶沿水面坡度航行决策有指导意义。