基于CFD的船用螺旋桨前置预旋定子优化设计研究

发布时间：2023-04-02 13:05

　　随着全球能源危机的加剧,使得船舶运营成本越来越高,因此降低运营成本成为了船舶行业的主要课题之一。船舶节能技术的研究始于20世纪70年代,这些技术归纳起来有两种:阻力和推进综合性能优良的新船型和水动力附加节能装置。本文研究的螺旋桨前置预旋定子属于后者,它作用的基本原理是使螺旋桨进流预旋、减小桨后周向诱导速度,使螺旋桨尾流中的旋转能量部分回收,同时改善螺旋桨进流,使船体与螺旋桨之间更匹配,以达到一定的节能效果。本学位论文首先基于升力面涡格法与RANS方程,以预旋定子为研究对象,进行了敞水螺旋桨、船模拖航、船模自航数值模拟,其中螺旋桨采用了滑移网格技术,湍流方程采用RNG k-ε模型与SST k-ω模型,并分析了船体表面及其附体表面的压力分布与流场。通过对比自航推进因子,分析了预旋定子的节能机理,验证了预旋定子的节能效果。在此基础上采用升力面环量理论对预旋定子进行了优化设计。通过改变定子叶片的偏转角度,获得了不同形式的定子,并分别计算了各种定子形式下的自航因子。同时采用升力面方法计算了自航状态下各定子与螺旋桨的数值环量,分析了船身效率、相对旋转效率及推进效率随定子与螺旋桨环量比的变化趋势。通...

【文章页数】：91 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
abstract
第一章 绪论
    1.1 研究背景
    1.2 国内外研究进展
        1.2.1 预旋定子的研究进展
        1.2.2 船体自航数值研究进展
        1.2.3 升力面理论研究进展
    1.3 本文的研究工作
第二章 粘性流基本理论与数值方法
    2.1 引言
    2.2 数学建模
        2.2.1 控制方程
        2.2.2 湍流方程
        2.2.3 近壁处理
        2.2.4 边界条件
    2.3 数值计算方法
        2.3.1 网格离散
        2.3.2 离散化方法
        2.3.3 离散格式
        2.3.4 流场数值计算
        2.3.5 动区域计算模型
    2.4 本章小结
第三章 升力面理论
    3.1 引言
    3.2 基本假定
    3.3 坐标系及螺旋桨几何
    3.4 基本方程式及边界条件
    3.5 升力面数值计算方法
    3.6 本章小结
第四章 螺旋桨敞水性能数值计算
    4.1 引言
    4.2 计算模型
        4.2.0 几何模型
        4.2.1 流域与边界条件
        4.2.2 网格划分与数值计算方法
    4.3 计算结果分析
        4.3.1 P2836 螺旋桨敞水性能分析
        4.3.2 B4-8010 螺旋桨敞水性能分析
    4.4 本章小结
第五章 带预旋定子的自航试验数值模拟
    5.1 引言
    5.2 船模拖航阻力数值模拟
        5.2.1 阻力分类及相似定律
        5.2.2 几何模型
        5.2.3 流域与边界条件
        5.2.4 网格划分与数值计算方法
        5.2.5 化学品船拖航阻力性能
        5.2.6 集装箱船拖航阻力性能
    5.3 船模自航数值模拟
        5.3.1 数值计算原理
        5.3.2 流域与边界条件
        5.3.3 网格划分与数值计算方法
        5.3.4 化学品船自航推进因子预报
        5.3.5 集装箱船自航推进因子预报
    5.4 本章小结
第六章 预旋定子优化
    6.1 引言
    6.2 数值优化方法
        6.2.1 升力面方法验证
        6.2.2 桨-定子环量分析
        6.2.3 环量优化分析
    6.3 定子优化验证
    6.4 本章小结
第七章 总结与展望
    7.1 工作总结
    7.2 研究展望
参考文献
致谢
攻读硕士学位期间已发表或已录用的论文



本文编号：3779276