基于RANS-BEM耦合方法的船舶自航模拟研究
发布时间：2021-07-30 09:58
螺旋桨为当前应用最为普遍的推进器。船舶自航时,船与桨之间相互作用会干扰两者各自的性能。船桨之间的相互作用的深入研究对于船舶型线及性能的优化都有十分重要的意义。研究船桨干扰的CFD方法,目前主要有船桨整体建模计算方法以及体积力方法,本文旨在探究基于RANS-BEM耦合的迭代型体积力法,并且对比整体建模法以及描述型体积力法探讨其应用前景。首先通过与试验值对比,验证了裸船体阻力计算以及螺旋桨面元法计算方法,确定船体部分RANS方程的求解与螺旋桨部分BEM代码的可靠性。然后在文中分别应用整体建模方法,描述型体积力法以及RANS-BEM迭代型体积力法这三种方法,对KCS船模的推进性能进行计算;并参考相似原理,应用这三种方法求解的实船自航点,对比分析算得的自航因子,其中RANS-BEM迭代型体积力法优化了迭代机制,采用了一种无需嵌套迭代的新方法,减少了所需的计算步数。结果表明,三种方法都能够保证计算精度。其中整体建模方法有利于流场细节的表达及桨盘面处伴流场的分析,体积力法则在整体性能评估计算效率上有独特的优势。计算结果证明了迭代型体积力法在进行自航模拟的可行性,并且由于螺旋桨计算部分能够减少大量复...
【文章来源】：哈尔滨工程大学黑龙江省 211工程院校
【文章页数】：69 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
螺旋桨坐标系
第 2 章面元法计算螺旋桨性能ttttt ()[|()||()|]21220 VV 本方程(2-8)的过程与解定常问题时十定常问题不同的是，作为一个时间和全部确定，而只可以确定最靠近桨叶长进行计算，从而求解这个非定常方的表达示，其中rx 为叶剖面处的纵倾，1c 为的点至导边的弦向距离，s 为剖面的叶背、叶面上的点到弦线的距离。那，其坐标如下表示：
1 1( ) ( )k k kZ t j t Zj jk jF k p k n S 1 11 11 1( ) ( ) ( )( )( ) ( )( )( ) ( )( )PPPNZk k k k k kX t t j t Yj j Zj j jk jNZk k k k k kY t j t Zj j Xj j jk jNZk k k k k kY t j t Zj j Xj j jk jM k Q k p k n Z n Y SM k p k n X n Z SM k p k n X n Z S , )k kYj Zjn n 为 O XYZ坐标系下第 k 个叶片第 j 个面元上的单位法向量，标系下第k 个叶片第 j 个面元上的控制点的坐标，kjS 为第 k 个叶域中的求解需要持续至水动力达到收敛条件。塔条件的处理，影响函数计算以及表面速度确定的方法与定常，这里不再赘述。桨模型简介
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于体积力法的船体自航性能数值预报[J]. 吴召华,陈作钢,代燚. 上海交通大学学报. 2013(06)
[2]基于CFD方法的船/桨/舵干扰数值模拟[J]. 杨春蕾,朱仁传,缪国平,范菊,李裕龙. 水动力学研究与进展A辑. 2011(06)
[3]船桨整体及螺旋桨诱导的船体表面脉动压力计算[J]. 傅慧萍. 哈尔滨工程大学学报. 2009(07)
[4]螺旋桨/船体粘性流场的整体数值求解[J]. 张志荣,李百齐,赵峰. 船舶力学. 2004(05)
[5]新型POD推进器尾涡模型的改进研究[J]. 马骋,杨晨俊,钱正芳,黄胜. 哈尔滨工程大学学报. 2004(04)
[6]用面元法预报船舶螺旋桨的水动力性能[J]. 苏玉民,黄胜. 哈尔滨工程大学学报. 2001(02)
[7]面元法预报螺旋桨表面非定常压力分布[J]. 谭廷寿,熊鹰,王德恂. 中国造船. 2000(02)
[8]新的螺旋桨尾涡近似方法[J]. 王大政. 大连理工大学学报. 1998(04)
[9]自由液面对螺旋桨性能的影响[J]. 王国强,贾大山. 中国造船. 1989(01)
博士论文
[1]基于面元法理论的船用螺旋桨设计方法研究[D]. 蔡昊鹏.哈尔滨工程大学 2011
[2]螺旋桨性能预报的速度势面元法研究[D]. 张利军.大连理工大学 2006
[3]螺旋桨空泡性能及低噪声螺旋桨设计研究[D]. 胡健.哈尔滨工程大学 2006
[4]非均匀流场中螺旋桨性能预报和理论设计研究[D]. 谭廷寿.武汉理工大学 2003
[5]基于B样条的三维船体水动力数值计算研究[D]. 张晓兔.武汉理工大学 2002
硕士论文
[1]基于势流—黏流耦合计算的船体自航性能CFD研究[D]. 郑洋.上海交通大学 2015
[2]基于体积力法的船/桨/舵粘性流场的数值研究[D]. 吴召华.上海交通大学 2013
[3]速度面元法预报螺旋桨水动力性能[D]. 郭俊.武汉理工大学 2010
本文编号：3311195
【文章来源】：哈尔滨工程大学黑龙江省 211工程院校
【文章页数】：69 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
螺旋桨坐标系
第 2 章面元法计算螺旋桨性能ttttt ()[|()||()|]21220 VV 本方程(2-8)的过程与解定常问题时十定常问题不同的是，作为一个时间和全部确定，而只可以确定最靠近桨叶长进行计算，从而求解这个非定常方的表达示，其中rx 为叶剖面处的纵倾，1c 为的点至导边的弦向距离，s 为剖面的叶背、叶面上的点到弦线的距离。那，其坐标如下表示：
1 1( ) ( )k k kZ t j t Zj jk jF k p k n S 1 11 11 1( ) ( ) ( )( )( ) ( )( )( ) ( )( )PPPNZk k k k k kX t t j t Yj j Zj j jk jNZk k k k k kY t j t Zj j Xj j jk jNZk k k k k kY t j t Zj j Xj j jk jM k Q k p k n Z n Y SM k p k n X n Z SM k p k n X n Z S , )k kYj Zjn n 为 O XYZ坐标系下第 k 个叶片第 j 个面元上的单位法向量，标系下第k 个叶片第 j 个面元上的控制点的坐标，kjS 为第 k 个叶域中的求解需要持续至水动力达到收敛条件。塔条件的处理，影响函数计算以及表面速度确定的方法与定常，这里不再赘述。桨模型简介
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于体积力法的船体自航性能数值预报[J]. 吴召华,陈作钢,代燚. 上海交通大学学报. 2013(06)
[2]基于CFD方法的船/桨/舵干扰数值模拟[J]. 杨春蕾,朱仁传,缪国平,范菊,李裕龙. 水动力学研究与进展A辑. 2011(06)
[3]船桨整体及螺旋桨诱导的船体表面脉动压力计算[J]. 傅慧萍. 哈尔滨工程大学学报. 2009(07)
[4]螺旋桨/船体粘性流场的整体数值求解[J]. 张志荣,李百齐,赵峰. 船舶力学. 2004(05)
[5]新型POD推进器尾涡模型的改进研究[J]. 马骋,杨晨俊,钱正芳,黄胜. 哈尔滨工程大学学报. 2004(04)
[6]用面元法预报船舶螺旋桨的水动力性能[J]. 苏玉民,黄胜. 哈尔滨工程大学学报. 2001(02)
[7]面元法预报螺旋桨表面非定常压力分布[J]. 谭廷寿,熊鹰,王德恂. 中国造船. 2000(02)
[8]新的螺旋桨尾涡近似方法[J]. 王大政. 大连理工大学学报. 1998(04)
[9]自由液面对螺旋桨性能的影响[J]. 王国强,贾大山. 中国造船. 1989(01)
博士论文
[1]基于面元法理论的船用螺旋桨设计方法研究[D]. 蔡昊鹏.哈尔滨工程大学 2011
[2]螺旋桨性能预报的速度势面元法研究[D]. 张利军.大连理工大学 2006
[3]螺旋桨空泡性能及低噪声螺旋桨设计研究[D]. 胡健.哈尔滨工程大学 2006
[4]非均匀流场中螺旋桨性能预报和理论设计研究[D]. 谭廷寿.武汉理工大学 2003
[5]基于B样条的三维船体水动力数值计算研究[D]. 张晓兔.武汉理工大学 2002
硕士论文
[1]基于势流—黏流耦合计算的船体自航性能CFD研究[D]. 郑洋.上海交通大学 2015
[2]基于体积力法的船/桨/舵粘性流场的数值研究[D]. 吴召华.上海交通大学 2013
[3]速度面元法预报螺旋桨水动力性能[D]. 郭俊.武汉理工大学 2010
本文编号：3311195
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