船舶螺旋桨变参数水动力性能研究

发布时间：2017-03-19 13:06

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【摘要】：螺旋桨是目前使用最广泛的船舶推进器。科学技术的发展使得船舶逐步走向高速化、大型化,船舶主机功率的增加,对船舶螺旋桨性能提出了更高的要求。在螺旋桨设计阶段应充分考虑效率、空泡、振动和强度等方面的性能要求,从而得到满足要求且性能优良的船用螺旋桨。 在早期的螺旋桨性能理论研究中,依次出现过升力线理论、升力面理论和面元法。这些理论都是基于不考虑粘性作用的势流理论方法。而随着计算机技术的发展,CFD方法以其快速精确等优点逐渐成为螺旋桨水动力性能预报的一种新兴的理论方法。论文就是基于CFD方法借助商业软件Fluent对船用螺旋桨在参数变化下的水动力性能进行了分析研究。 首先,对某油船的四叶中侧斜螺旋桨进行了数值模拟,获得了螺旋桨不同进速系数下的推力系数、转矩系数和敞水效率,通过将计算值与试验值比较,验证了CFD方法预报螺旋桨敞水性能的可靠性。同时,研究了不同湍流模型对预报精度的影响,从计算的经济性和计算精度双重角度考虑,RNG k-ε湍流模型更适合螺旋桨敞水性能的工程预报。 其次,通过改变母型桨相关参数获得的一系列新螺旋桨,分别研究了螺旋桨的纵斜、螺距以及叶切面拱度的变化对于水动力性能的影响,研究发现,纵斜角度的变化对于螺旋桨的水动力性能影响甚微,螺旋桨的推力、转矩随螺距和拱度的增大而增大。这一系列规律将为螺旋桨的优化设计提供重要的指导方向。 最后,自行设计了六叶大侧斜螺旋桨,对其进行了水动力性能分析以及有限元应力分析,结果发现其推力、转矩较母型桨增大,敞水效率有所降低,而桨叶的强度还不满足要求,需要进行桨叶厚度加强。同时,研究了不同侧斜分布下螺旋桨的水动力性能,得到了侧斜参数的变化对于螺旋桨的推力、转矩以及敞水效率影响规律。
【关键词】：螺旋桨 变参数 CFD方法 水动力性能 强度
【学位授予单位】：大连理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2012
【分类号】：U664.33
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第一章 绪论9-14
• 1.1 研究的背景及意义9-10
• 1.2 螺旋桨理论方法的研究进展10-11
• 1.2.1 升力线理论10
• 1.2.2 升力面理论10-11
• 1.2.3 面元法11
• 1.3 螺旋桨数值计算方法的研究进展11-12
• 1.4 论文的主要工作12-14
• 第二章 计算流体力学基本原理14-28
• 2.1 流动控制方程14
• 2.2 湍流的数值模拟方法14-19
• 2.2.1 湍流的基本方程14-15
• 2.2.2 湍流模型15-19
• 2.3 边界条件19
• 2.4 数值离散方法19-24
• 2.4.1 有限体积法(FVM)20-21
• 2.4.2 离散方程中对流项差分格式21-24
• 2.5 离散方程的求解24-26
• 2.6 本章小结26-28
• 第三章 基于CFD方法的螺旋桨敞水性能预报28-42
• 3.1 螺旋桨计算模型的建立28-32
• 3.1.1 几何模型的建立28-30
• 3.1.2 流场域的建立30
• 3.1.3 网格划分30-31
• 3.1.4 边界条件的设置31-32
• 3.1.5 Fluent计算参数的设置32
• 3.2 数值计算结果与分析32-38
• 3.2.1 敞水性能计算结果及验证32-34
• 3.2.2 螺旋桨压力特性34-38
• 3.3 不同湍流模型对计算结果的影响38-41
• 3.4 本章小结41-42
• 第四章 螺旋桨参数变化对水动力性能的影响研究42-58
• 4.1 螺旋桨纵斜42-47
• 4.1.1 基本思路42-43
• 4.1.2 计算结果与分析43-47
• 4.2 螺旋桨螺距47-51
• 4.2.1 基本思路47-48
• 4.2.2 计算结果与分析48-51
• 4.3 螺旋桨叶切面拱度51-57
• 4.3.1 基本思路51-52
• 4.3.2 计算结果与分析52-57
• 4.4 本章小结57-58
• 第五章 大侧斜螺旋桨性能研究及强度校核58-71
• 5.1 大侧斜桨设计思路58
• 5.2 大侧斜桨敞水性能计算58-63
• 5.2.1 CFD计算模型58-60
• 5.2.2 计算结果与分析60-63
• 5.3 大侧斜桨桨叶应力分析63-67
• 5.3.1 有限元计算模型64-65
• 5.3.2 计算结果与分析65-67
• 5.4 侧斜分布对大侧斜桨水动力性能影响分析67-70
• 5.5 本章小结70-71
• 结论与展望71-73
• 参考文献73-76
• 致谢76-77

【参考文献】

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本文编号：256083