船舶螺旋桨敞水性能CFD模拟

发布时间：2017-05-22 12:18

  本文关键词：船舶螺旋桨敞水性能CFD模拟，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：随着现代商船的高速化和大型化,螺旋桨的负荷越来越重,加剧了螺旋桨空泡和船舶振动,这已经成为螺旋桨设计者日益关心的课题,传统的方法对螺旋桨性能的研究已经不能满足对于新型船舶螺旋桨的设计需求。计算流体力学(CFD)方法能实现结果的可视化,克服了水池试验所需要的时间较长,投入的经费多等缺点,大大缩短了产品的开发周期,由于计算结果信息量大,该方法对螺旋桨的空泡和噪声性能研究提供了较高的参考价值。 本文利用CFD软件FLUENT对船舶螺旋桨敞水粘性流场进行了数值计算,首先是利用Pro-E和Gambit对螺旋桨进行三维建模,利用周期性边界条件对螺旋桨的模型和计算域进行设计。通过计算得到的螺旋桨推力系数和扭矩系数的结果与水池试验图谱结果吻合较好,平均相对误差在10%以内,精度满足工程应用需要。 分别选取标准Κ—ε模型、RNGκ-ε模型、Realizableκ-ε模型、雷诺应力四种湍流模型分别进行了计算。经过对比计算,总体上雷诺应力模型的精度比其他三种模型高。并分别对单通道和全通道方法进行了模拟计算,验证了采用单通道方法计算的可行性,使计算效率得到提高并大大降低了计算时间。 分别对螺旋桨桨叶表面压力分布和尾流流场进行了考察,初步分析空泡可能出现的位置。通过对尾流场的观察验证了强载荷下螺旋桨对流体的抽吸作用增强出现了重荷下的尾流收缩现象,同时也表明径向诱导速度有随J增大而减小的趋势。 利用ITTC(国际船模拖曳水池会议)的推荐规程对CFD模拟计算结果进行不确定度分析。本文共设计三套网格方案,网格加细比为(?)。计算得到KT的不确定度为0.0262,KQ的不确定度为0.0384；修正后得到的不确定度KT为0.00522,KQ为0.0174。并且推力系数和扭矩系数的|Ε|均小于Uv,表明螺旋桨敞水CFD模拟计算结果得以确认,本文应用的网格精度得到的KT,KQ的值是可信的。
【关键词】：船舶螺旋桨 敞水性能 数值模拟 计算流体力学 不确定度分析
【学位授予单位】：大连海事大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2012
【分类号】：U664.33
【目录】：

• 摘要7-8
• ABSTRACT8-10
• 第1章 绪论10-18
• 1.1 课题研究背景及意义10-11
• 1.2 国内外对螺旋桨性能的研究现状11-15
• 1.3 CFD在船舶螺旋桨性能研究中的应用15-17
• 1.3.1 CFD方法的应用现状15-16
• 1.3.2 国内外利用CFD进行螺旋桨性能研究的发展现状16-17
• 1.4 本文主要研究内容17-18
• 第2章 数值模拟方法及相关理论18-32
• 2.1 流动控制方程18-20
• 2.1.1 连续性方程18
• 2.1.2 动量守恒方程18-20
• 2.2 湍流模型20-26
• 2.2.1 湍流模型的分类20-21
• 2.2.2 平均雷诺N-S(RANS)方程21-22
• 2.2.3 常用的几种湍流模型22-26
• 2.3 控制方程的离散26-29
• 2.3.1 离散化方法26-27
• 2.3.2 有限体积法27-28
• 2.3.3 有限体积法中的离散格式28
• 2.3.4 方程的离散28-29
• 2.4 流场数值计算算法29-32
• 2.4.1 压力修正法30
• 2.4.2 SIMPLE算法30-32
• 第3章 螺旋桨敞水性能CFD计算32-47
• 3.1 FLUENT简介32-34
• 3.1.1 FLUENT计算程序结构32-33
• 3.1.2 FLUENT的应用范围33
• 3.1.3 应用FLUENT程序的求解流程33-34
• 3.2 螺旋桨的模型建立34-39
• 3.2.1 螺旋桨模型数据35-36
• 3.2.2 螺旋桨三维建模36-39
• 3.3 计算域的设定39-40
• 3.4 网格生成40-43
• 3.4.1 网格的类型40-41
• 3.4.2 网格生成原则41
• 3.4.3 网格划分41-43
• 3.5 边界条件43-46
• 3.5.1 边界类型43-44
• 3.5.2 MRF模型44-45
• 3.5.3 边界条件的设置45-46
• 3.6 求解计算46-47
• 第4章 螺旋桨的敞水性能预报与不确定度分析47-71
• 4.1 螺旋桨敞水性能计算47-53
• 4.1.1 计算结果47-49
• 4.1.2 不同湍流模型的应用与计算49-51
• 4.1.3 单通道可行性分析51-52
• 4.1.4 误差分析52-53
• 4.2 对桨叶和尾流流场分析53-62
• 4.2.1 螺旋桨桨叶表面压力分布53-57
• 4.2.2 螺旋桨尾流场分析57-62
• 4.3 不确定度分析62-71
• 4.3.1 CFD不确定度基础概念与理论基础63-64
• 4.3.2 验证过程64
• 4.3.3 确认过程64-65
• 4.3.4 螺旋桨敞水CFD不确定度分析65-71
• 第5章 结论和展望71-73
• 5.1 结论71
• 5.2 展望71-73
• 参考文献73-77
• 致谢77-78

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 胡健;黄胜;王陪生;苏玉民;;可调螺距螺旋桨水动力性能分析[J];船舶工程;2007年06期

2 唐英;王志坚;杨凯;;基于UG二次开发的船用螺旋桨参数化建模方法与实现[J];船舶工程;2010年04期

3 王国强,张建华;导管螺旋桨的非定常性能预估[J];船舶力学;2002年05期

4 张志荣,李百齐,赵峰;螺旋桨/船体粘性流场的整体数值求解[J];船舶力学;2004年05期

5 蔡荣泉;陈凤明;冯学梅;;使用Fluent软件的螺旋桨敞水性能计算分析[J];船舶力学;2006年05期

6 杨仁友;沈泓萃;姚惠之;;螺旋桨敞水性能CFD不确定度分析[J];船舶力学;2010年05期

7 冯学梅;陈凤明;蔡荣泉;;使用Fluent软件的螺旋桨敞水性能计算和考察[J];船舶;2006年01期

8 岳丹婷,吕欣荣,张存有,周伟东;螺旋桨尾流流场的数值计算[J];大连海事大学学报;2004年01期

9 程东;朱新河;邓金文;;基于UG/Grip的船用螺旋桨三维建模关键技术[J];大连海事大学学报;2009年04期

10 肖冰;范中洲;石爱国;吴明;;螺旋桨多种工况敞水性能数值预报[J];大连海事大学学报;2010年03期

中国博士学位论文全文数据库 前1条

1 王超;螺旋桨水动力性能、空泡及噪声性能的数值预报研究[D];哈尔滨工程大学;2010年

中国硕士学位论文全文数据库 前3条

1 马艳;导管螺旋桨的水动力性能分析与设计优化[D];哈尔滨工程大学;2010年

2 赵鹏飞;船用螺旋桨敞水和空化性能CFD预报[D];大连理工大学;2011年

3 于得会;大毂径螺旋桨设计计算方法研究[D];大连理工大学;2006年

  本文关键词：船舶螺旋桨敞水性能CFD模拟，由笔耕文化传播整理发布。

，

本文编号：385727