瓯江下游浅吃水肥大船水动力性能研究

发布时间：2017-10-14 10:18

  本文关键词：瓯江下游浅吃水肥大船水动力性能研究

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【摘要】：瓯江是浙江省第二大河流,航道矿石资源极为丰富,但由于目前瓯江航道等级低,通航船舶吨位小,无法采用水路运输,瓯江航运不能发挥其运价低、运量大的优势。为提高瓯江航道效率,增加货运量,本文在瓯江中下游流域航运开发工程实施基础上整理了瓯江下游的航道要素,主要包括航道宽度、水位和跨航桥梁净空尺度,并根据国内的有关规范和标准,分析各航道要素对船舶型值的限制,结合船型特征,给出通航瓯江下游3000吨级散货船的主尺度。为了使新船型能更好的发挥使用性能及经济性能,适应内河航道水深浅弯道多的条件,本文主要从快速性方面展开研究。随着计算机技术和软件的发展,CFD方法已经越来越广泛运用到船舶设计和研究领域;根据瓯江航道的实际水深状况,选取一定的水深吃水比,分别计算了不同水深不同航速下的静水阻力,比较深水和浅水状况的阻力差异,分析这类船型兴波波形的变化,从而进一步理解船舶在浅水航行中的阻力变化及浅水效应的影响,可为目标船船型的优化和主机的选型提供依据。内河航道弯道多,弯曲曲率大,考虑到浅水域肥大船的特点,新船型采用转动导管螺旋桨。为验证转动导管螺旋桨操纵性的特点,本文首先选用一试验导管螺旋桨进行数值计算,对其进行敞水数值模拟,计算中对比不同的旋转方式和湍流模型对结果的影响,并将数值计算结果与试验结果进行对比以验证计算的可靠性;接下来为目标船设计螺旋桨,分析设计导管桨的压力特性,并对其在一定转角下的水动力性能进行分析,剖析流场的规律和导管横向力的变化特征,结果表明使用转动导管螺旋桨的转船力矩受航速变化的影响小,使用较小的舵角即能产生相当操纵效果。最后对目标船与导管螺旋桨的组合进行了自航模拟,在此基础上分析了船桨之间的相互作用规律,特别是船尾流场对导管桨推进性能的影响。
【关键词】：浅吃水肥大船 主尺度 浅水效应 转动导管桨 船桨干扰
【学位授予单位】：上海交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：U661
【目录】：

• 摘要3-5
• ABSTRACT5-9
• 第1章 绪论9-18
• 1.1 研究的背景和意义9-11
• 1.2 相关理论的发展11-16
• 1.2.1 内河航道对船舶尺度影响的研究11-13
• 1.2.2 浅吃水肥大船型的发展13-14
• 1.2.3 导管螺旋桨的研究14-15
• 1.2.4 船舶CFD的发展及应用15-16
• 1.3 论文的主要工作16-18
• 第2章 航道现状分析18-34
• 2.1 航道宽度和弯道半径18-19
• 2.2 通航水位19-21
• 2.3 桥梁状况21-33
• 2.4 本章小结33-34
• 第3章 船舶尺度和型线的确定34-40
• 3.1 航道对船型尺度的限制34-37
• 3.1.1 船长34
• 3.1.2 船宽34-36
• 3.1.3 吃水和船高36-37
• 3.2 船型及其尺度的确定37-39
• 3.3 本章小结39-40
• 第4章 带自由面的船舶阻力预报40-56
• 4.1 CFD基础理论和方法40-46
• 4.1.1 控制方程40-41
• 4.1.2 湍流模型41-43
• 4.1.3 自由液面的模拟43-45
• 4.1.4 壁面处理45-46
• 4.2 STAR-CCM+软件的介绍46-47
• 4.3 深浅水的数值计算47-49
• 4.3.1 计算模型及网格划分47-48
• 4.3.2 初始条件和求解设置48-49
• 4.4 计算结果分析49-53
• 4.5 有效功率的对比53-54
• 4.6 本章小结54-56
• 第5章 转动导管桨水动力性能分析56-75
• 5.1 导管桨数值验证56-64
• 5.1.1 螺旋桨模型的建立57-58
• 5.1.2 计算域选取与网格划分58-60
• 5.1.3 计算结果分析60-64
• 5.2 导管螺旋桨的设计64-68
• 5.3 目标桨敞水性能的计算68-74
• 5.3.1 压力特性分析69-70
• 5.3.2 导管转角对导管舵桨水动力性能的影响70-74
• 5.4 本章小结74-75
• 第6章 船桨干扰水动力性能分析75-86
• 6.1 自航试验基础76-78
• 6.1.1 相似准则76-77
• 6.1.2 实船自航点的确定77-78
• 6.2 计算模型与计算域78-80
• 6.3 数值计算结果分析80-84
• 6.3.1 流场分析81-82
• 6.3.2 船桨水动力相互干扰分析82-84
• 6.4 本章小节84-86
• 第7章 总结和展望86-89
• 7.1 全文总结86-87
• 7.2 未来工作展望87-89
• 参考文献89-92
• 攻读硕士学位期间发表或录用的论文92-93
• 致谢93-95

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本文编号：1030509