虾蟹塘投饵船三叶螺旋桨设计及水动力仿真分析

摘 要：为提高虾蟹塘投饵船投饵精确率，降低工作能耗，增加工作稳定性及可靠性，本文提出了一种针对虾蟹塘投饵船三叶螺旋桨的设计与水动力仿真实验。首先根据船体尺寸和整体功耗上限确定三种适宜虾蟹塘投饵船所搭载的螺旋桨直径尺寸分别为0.05m、0.06m和0.07m，并以船舶螺旋桨射流理论方程和叶片边缘点坐标方程为基础，通过叶片边缘三维坐标生成三维叶片曲线，从而建立螺旋桨三维模型。进而应用AnsysCFD软件，采用雷诺平均Navier-Stokes(RANS)方程以及SST k-ω湍流模型构建水动力仿真实验，分析螺旋桨最大轴向射流速度与平均轴向射流速度之间的误差，通过分析各螺旋桨叶片截面压力、转速以及平均轴向射流速度之间的关系来获得具有较好敞水性能的螺旋桨。最后通过虾蟹塘实地实验，分析实际船速与最大轴向射流速度之间的误差验证螺旋桨设计的可靠性，同时在满足虾蟹塘投饵船船速、船体推力以及整体功耗的情况下，以螺旋桨工作效率为实验指标，对比在不同转速下各直径螺旋桨的实际工作效率。结果表明：本文针对虾蟹塘投饵船螺旋桨的设计方法是可行的，实际船速与最大轴向射流速度之间的误差小于10%，同时，虾蟹塘投饵船在搭载直径0.07m螺旋桨、转速3500r/min时，螺旋桨工作能耗为135W，最高平均船速为1.46m/s，工作效率达70.9%。