全回转螺旋桨的水动力性能数值分析

发布时间：2017-08-13 03:00

  本文关键词：全回转螺旋桨的水动力性能数值分析

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【摘要】：我国海域辽阔物产丰富,随着经济的高速发展,对海洋的探索进程加快。船舶作为进军海洋的重要载体,面对恶劣海洋环境,其推进与操纵性能受到严峻考验。全回转螺旋桨集船舶推进和操纵舵装置为一体,可绕其纵轴做360°旋转,提供任意方向上的最大推力。因其操纵性能优越、工作方便快捷、推进效率较高等优点,在工程类船舶上的应用越来越广泛。现阶段对全回转螺旋桨水动力性能进行研究,具有重要的理论意义与实用价值。本文采用Fluent软件对全回转螺旋桨的水动力性能进行计算,主要的研究工作及分析如下:(1)对研究成熟、资料全面的No.19A+KA系列导管螺旋桨的水动力性能进行模拟验证。在相同进速系数下,计算结果与试验结果对比,平均误差在5%左右,最大误差小于10%,在允许范围内,因此本文研究所选用的计算模型与方法具有可行性。(2)以No.19A+KA导管螺旋桨为母型,采用一致的数值模拟计算方法,对加鳍导管螺旋桨的毂帽鳍节能性能进行了预报。在常用进速系数范围内,毂帽鳍可使导管螺旋桨获得0.65%~1.36%不同程度的推进效率增益。同时,分析了加鳍导管螺旋桨鳍片表面受力分布与加鳍导管螺旋桨桨毂处的速度矢量分布情况。(3)本文对全回转导管螺旋桨水动力性能的研究,由于试验资料缺省,根据其结构型式将其视为支架对后方导管螺旋桨的影响。利用Fluent软件分别计算了全回转导管螺旋桨在无偏转角、小偏转角为5°和10°、大偏转角为30°和45°不同状态下的水动力性能。全回转导管螺旋桨表面压力的分布与导管螺旋桨规律相似。全回转螺旋桨随着角度的变化,其推力、转矩和推进效率等水动力特征参数也跟着变化。(4)利用SolidWorks软件建立一方型船尾模型,装配全回转导管螺旋桨,以便较好的模拟分析船后全回转导管螺旋桨所处流场情况。通过Fluent模拟计算,结果表明:受到船体伴流的影响,船后全回转导管螺旋桨的总推力、转矩及导管推力均比敞水下的计算值高,增幅率也随着进速系数的变大而变大。全回转螺旋桨的局部受力及轴向、径向和切向的速度分布均受到船体伴流的影响而发生改变。
【关键词】：全回转螺旋桨 水动力性能 毂帽鳍
【学位授予单位】：江苏科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：U664.33
【目录】：

• 摘要6-7
• Abstract7-15
• 第1章 绪论15-23
• 1.1 研究背景及意义15
• 1.2 全回转螺旋桨的布置与结构15-17
• 1.3 螺旋桨研究的主要方法17-20
• 1.3.1 升力面法17-18
• 1.3.2 面元法18-19
• 1.3.3 基于粘流理论的CFD计算方法19-20
• 1.4 全回转螺旋桨的国内外研究现状20-21
• 1.5 论文的主要研究内容21-23
• 第2章 全回转螺旋桨水动力性能分析的数学模型23-31
• 2.1 概述23
• 2.2 数学模型23-28
• 2.2.1 基本控制方程23-24
• 2.2.2 湍流模型24-28
• 2.3 数值方法28-30
• 2.3.1 离散方法28-29
• 2.3.2 离散方程求解29
• 2.3.3 多重坐标系模型29-30
• 2.3.4 滑移网格30
• 2.4 本章小结30-31
• 第3章 导管螺旋桨的水动力性能分析与验证31-41
• 3.1 导管螺旋桨的三维建模31-34
• 3.1.1 No.19A+KA型导管螺旋桨的基本参数31
• 3.1.2 螺旋桨曲面型值的坐标变换31-33
• 3.1.3 导管螺旋桨三维模型建立33-34
• 3.2 导管螺旋桨的数值计算过程34-36
• 3.2.1 导管螺旋桨的计算区域34-35
• 3.2.2 导管螺旋桨的网格划分35-36
• 3.2.3 导管螺旋桨的边界条件设置36
• 3.2.4 导管螺旋桨的数值计算方法设定36
• 3.3 导管螺旋桨数值计算结果的分析36-39
• 3.3.1 导管螺旋桨敞水性能模拟与试验对比验证36-37
• 3.3.2 导管螺旋桨表面压强云图分析37-39
• 3.3.3 导管螺旋桨尾流特性分析39
• 3.4 本章小结39-41
• 第4章 加鳍导管螺旋桨的水动力性能分析41-49
• 4.1 加鳍导管螺旋桨的数值计算41-44
• 4.1.1 加鳍导管螺旋桨的三维模型41-42
• 4.1.2 加鳍导管螺旋桨的计算区域及网格划分42-43
• 4.1.3 加鳍导管螺旋桨的边界条件设置43-44
• 4.1.4 加鳍导管螺旋桨的数值计算方法设定44
• 4.2 加鳍导管螺旋桨数值计算结果的分析44-47
• 4.2.1 加鳍导管螺旋桨敞水性能的计算44-45
• 4.2.2 加鳍导管螺旋桨桨叶表面压力分析45-46
• 4.2.3 加鳍导管螺旋桨桨毂处速度矢量分布图的分析46-47
• 4.3 本章小节47-49
• 第5章 全回转导管螺旋桨的水动力性能分析49-61
• 5.1 全回转导管螺旋桨的数值计算49-52
• 5.1.1 全回转导管螺旋桨的三维模型49-50
• 5.1.2 全回转导管螺旋桨的计算区域及网格划分50-51
• 5.1.3 全回转导管螺旋桨的边界条件设置51
• 5.1.4 全回转导管螺旋桨的数值计算方法设置51-52
• 5.2 全回转导管螺旋桨无偏转角时数值计算结果分析52-55
• 5.2.1 全回转导管螺旋桨无偏转角时敞水动力性能52
• 5.2.2 全回转导管螺旋桨无偏转角时压强云图分析52-54
• 5.2.3 无偏转角时全回转导管螺旋桨的速度矢量图54-55
• 5.3 全回转导管螺旋桨在小偏转角时水动力性能分析55-57
• 5.3.1 全回转导管螺旋桨偏转角为 5°时水动力性能55-56
• 5.3.2 全回转导管螺旋桨偏转角为 10°时水动力性能56-57
• 5.4 全回转导管螺旋桨在大偏转角时水动力性能分析57-58
• 5.4.1 全回转导管螺旋桨偏转角为 30°时水动力性能57
• 5.4.2 全回转导管螺旋桨偏转角为 45°时水动力性能57-58
• 5.5 本章小节58-61
• 第6章 船后全回转导管螺旋桨的水动力性能分析61-71
• 6.1 船体尾部三维模型的建立61-62
• 6.2 船后全回转导管螺旋桨计算模型的建立62-64
• 6.2.1 船后全回转导管螺旋桨的计算区域划分62-63
• 6.2.2 船后全回转导管桨的网格划分63-64
• 6.2.3 船后全回转导管螺旋桨的边界条件设定64
• 6.2.4 船后全回转导管螺旋桨的计算方法设定64
• 6.3 船后流场对全回转导管螺旋桨水动力性能的影响64-69
• 6.3.1 船后全回转导管螺旋桨的水动力性能64-65
• 6.3.2 船后全回转导管螺旋桨表面压强云图分析65-67
• 6.3.3 船后全回转螺旋桨的速度分布67-69
• 6.4 本章小节69-71
• 总结和展望71-75
• 参考文献75-79
• 攻读硕士学位期间发表学术论文79-81
• 致谢81

【参考文献】

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1 姚震球;严周广;;侧向推进器水动力性能数值分析与验证(英文)[J];船舶力学;2012年03期

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本文编号：665011