双桨扰动对螺旋桨激振力的影响研究

发布时间：2017-10-16 14:10

  本文关键词：双桨扰动对螺旋桨激振力的影响研究

  更多相关文章： 激振力 CFD 双桨 脉动水压力

【摘要】：剧烈的船体振动不仅会破坏船体结构,降低船舶的安全性,而且还影响船舶的舒适性,甚至威胁到船员和旅客的身心健康。螺旋桨激振力作为船舶振动的主要激励源之一,是决定船舶质量的关键因素。同时,随着社会对船舶吨位和航速的要求不断提高,目前有相当数量的船舶采用双桨推进,尤其是军用的舰艇。因此双桨激振力问题的研究,具有极其重要的实际意义。本文借助CFD软件,ANSYS-CFX,运用数值模拟的方法,通过求解计算域的控制方程,研究了船后双桨的多个因素在无空化的情况下对激振力的影响,具体的内容如下:1)进行了螺旋桨敞水试验的数值模拟,完成了本文计算方法的验证,并讨论了旋转流场的几何尺寸和网格密度对推力系数曲线和转矩系数曲线的影响。2)计算分析了整个船体模型和半个船体模型的船后伴流,通过比较发现,两者的伴流场十分相似,证明了用半船模型来代替整船模型来产生船尾伴流的可行性。3)改变船后桨的布置方式,分别计算了左侧单桨和内旋左桨的轴承力和监测点的水动力。经比较发现,两者的轴承力只是在轴向上有较大的差异,在其它方向上的分量相差不大;在表面力上,内旋左侧桨的脉动压力系数均大于左侧单桨,但是这种差距因监测点不同而有所不同。4)探究了双桨的布置方式对螺旋桨激振力的影响。通过比较内旋左桨和外旋左桨的激振力发现,在轴承力上,外旋左桨轴向激励力一阶幅值的无因次值大于内旋左桨17.02%,其余方向的分量都是外旋桨的值稍大于内旋桨;在表面力上,外旋左桨的脉动压力系数大于内旋左桨,两者的最大差异为前者比后者大48%。5)研究了相位对外旋桨激振力的影响。通过比较不同相位下的激振力发现,在轴承力上,随着双桨之间相位差的增大,轴向激励力的一阶幅值也增大,而其他轴承力分量的一阶幅值相差不大;在表面力上,各个监测点水压力的一阶幅值随着相位差的增大而增大,0°和45°相位差下的脉动压力系数的比值的最大值为2/3,最小值为1/2。
【关键词】：激振力 CFD 双桨 脉动水压力
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：U664.33;U661.44
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-10
• 第1章 绪论10-19
• 1.1 课题背景及研究意义10-11
• 1.2 螺旋桨激振力的研究方法11-15
• 1.2.1 理论计算法11-12
• 1.2.2 经验公式法12-13
• 1.2.3 模型试验法13-14
• 1.2.4 CFD法14-15
• 1.3 研究现状15-17
• 1.3.1 CFD法对螺旋桨水动力性能的研究15-16
• 1.3.2 螺旋桨激振力的研究16-17
• 1.4 本文主要研究内容17-19
• 第2章 螺旋桨敞水性能数值验证19-36
• 2.1 计算流体力学理论19-21
• 2.1.1 控制方程19-20
• 2.1.2 湍流模式20-21
• 2.2 建立数值模型21-28
• 2.2.1 建立螺旋桨模型21-23
• 2.2.2 建立流场几何模型23-24
• 2.2.3 划分流场网格24-25
• 2.2.4 边界条件的设置和近壁面网格尺寸的验证25-28
• 2.3 旋转流场的尺寸和网格密度的影响28-33
• 2.3.1 旋转流场尺寸的影响28-31
• 2.3.2 旋转流场网格密度的影响31-33
• 2.4 敞水螺旋桨的性能计算33-35
• 2.4.1 定常敞水螺旋桨性能计算33-34
• 2.4.2 非定常敞水桨桨叶表面压力的计算34-35
• 2.5 本章小结35-36
• 第3章 全船和半船伴流场的研究与对比36-45
• 3.1 建立数值模型36-39
• 3.1.1 建立船体模型36-37
• 3.1.2 建立流场模型37-39
• 3.2 数值模拟前处理39-41
• 3.2.1 流场网格的离散39
• 3.2.2 边界条件的设置39-41
• 3.3 伴流场的研究与对比41-44
• 3.3.1 伴流场的速度分布41-42
• 3.3.2 伴流场的压力分布42-43
• 3.3.3 伴流场的涡量分布43-44
• 3.4 本章小结44-45
• 第4章 同相双桨对螺旋桨激振力的影响45-62
• 4.1 建立数值模型45-48
• 4.1.1 建立MAU4-55桨模型45-47
• 4.1.2 建立流场模型47-48
• 4.2 左侧单桨和同相双桨激振力的计算48-50
• 4.2.1 左侧单桨的激振力的计算48-49
• 4.2.2 同相双桨的激振力的计算49-50
• 4.3 计算结果及数据分析50-61
• 4.3.1 不同工况下的轴承力50-56
• 4.3.2 不同工况下的监测点水压力56-61
• 4.4 本章小结61-62
• 第5章 相位差对外旋桨激振力的影响62-75
• 5.1 数值模拟前处理62-63
• 5.1.1 建立流场模型62-63
• 5.1.2 网格的划分及边界条件的设置63
• 5.2 轴承力的计算及分析63-69
• 5.2.1 轴承力的计算63-66
• 5.2.2 轴承力频域分析66-69
• 5.3 监测点水压力的计算及分析69-73
• 5.3.1 监测点水压力的计算69-71
• 5.3.2 监测点水压力的频域分析71-73
• 5.4 本章小结73-75
• 结论75-77
• 参考文献77-82
• 攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果82-84
• 致谢84

，

本文编号：1043100