地下溶洞探测器运载装置推进螺旋桨研究

发布时间：2017-09-04 14:45

  本文关键词：地下溶洞探测器运载装置推进螺旋桨研究

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【摘要】：随着我国工业的快速发展,储存能源已经成为一个重大课题。如果可以将地下由液态盐矿床形成的巨大的溶洞空间作为能源的储备空间意义重大。为了将探测器安全运载到地下溶洞并可靠地在溶洞中边行进边测量以便了解溶洞内部几何尺寸,研究设计了探测器运载装置。本文着重设计研究了运载装置的推进部分螺旋桨。 本文主要分为两个阶段螺旋桨的设计和基于CFD软件FLUENT对螺旋桨敞水性能的预报。螺旋桨的设计采用了螺旋桨环流理论方法,在设计桨叶几何外形前需要先求解桨叶径向的环量分布,首先基于螺旋桨升力线涡模型,引入了离散化马蹄涡的思想,推导得到将升力线离散化后的螺旋桨转矩和推力,并以螺旋桨效率最佳为原则得到了桨叶径向的环量分布；然后选择了NACA16为桨叶翼型,并结合升力线理论和已知的最佳环量分布求解桨叶的几何形状,并对螺旋桨进行了强度校核和三维建模。螺旋桨模型应用Gambit作预处理,将计算域设定为直径是螺旋桨直径数倍的圆柱并划分为动区域和静区域两部分,入口和出口分别选择了速度入口边界和出口边界,螺旋桨和计算域圆柱表面设置为壁面,划分网格后导入FLUENT进行数值模拟计算。在FLUENT中设定了速度入口、动区域和壁面条件的参数,将螺旋桨壁面设置为随着动区域以相同速度和方向旋转,压力和动量的离散格式均为标准型,湍流动能和湍流耗散率使用QUICK离散格式,求解器为基于压力的隐式求法即SIMPLES算法。湍流模型分别选择了标准k-ε模型,重整化的k-ε模型和雷诺应力湍流模型,与标准壁面函数结合起来对螺旋桨在不同进速下的敞水性能和桨叶表面压力分布及尾流流场进行了模拟。通过与理论数值计算结果比较发现,RNG k-ε模型具有精度高和计算时间短的特点。综合分析后得出结论,螺旋桨满足了探测器运载装置的性能要求,设计完成。
【关键词】：探测器运载装置 螺旋桨 最佳环量分布 水动力性能预报
【学位授予单位】：太原理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：U664.33
【目录】：

• 摘要3-5
• ABSTRACT5-7
• 目录7-10
• 第一章 绪论10-18
• 1.1 课题背景10-11
• 1.2 螺旋桨设计理论发展11-13
• 1.3 CFD在螺旋桨敞水水动力性能的应用13-15
• 1.4 本文主要研究内容15-16
• 1.5 本章小结16-18
• 第二章 探测器运载装置推进螺旋桨设计18-34
• 2.1 螺旋桨升力线理论18-21
• 2.2 船舶理论螺旋桨桨叶最佳环量分布21-22
• 2.3 螺旋桨桨叶剖面的选择22-28
• 2.4 螺旋桨几何参数计算和建模28-31
• 2.5 基于升力线理论的螺旋桨敞水性能预报31
• 2.6 本章小结31-34
• 第三章 数值模拟方法及相关理论34-46
• 3.1 流动基本方程34-36
• 3.1.1 质量守恒方程34-35
• 3.1.2 动量方程35
• 3.1.3 流体流动控制方程的通用形式35-36
• 3.2 湍流模型36-40
• 3.2.1 湍流现象36
• 3.2.2 湍流的数值模拟方法的分类36-38
• 3.2.3 标准k-ε两方程模型38-40
• 3.2.4 RNG k-ε模型和可实现化k-ε模型40
• 3.3 近壁区使用k-ε模型的问题40-42
• 3.3.1 近壁区流动的特点40-41
• 3.3.2 壁面函数法41-42
• 3.4 雷诺应力模型42
• 3.5 数值计算方法42-45
• 3.5.1 控制方程的离散方法42-43
• 3.5.2 离散方程中对流项差分格式43-44
• 3.5.3 流场数值计算法44-45
• 3.6 本章小结45-46
• 第四章 螺旋桨敞水性能预报46-54
• 4.1 FLUENT软件介绍46-47
• 4.2 螺旋桨计算域的设定47-48
• 4.3 网格生成48-51
• 4.3.1 网格的分类48-49
• 4.3.2 Gambit简介49
• 4.3.3 Gambit网格加密工具size function49-50
• 4.3.4 网格要求50
• 4.3.5 螺旋桨和桨毂的网格的划分50
• 4.3.6 计算域网格划分50-51
• 4.4 边界条件设置51-53
• 4.4.1 边界类型51-52
• 4.4.2 MRF模型52
• 4.4.3 边界条件和计算模式的设置52-53
• 4.5 本章小结53-54
• 第五章 螺旋桨敞水性能分析54-66
• 5.1 螺旋桨敞水性能计算结果54-55
• 5.2 不同湍流模型的应用和计算结果55-58
• 5.3 对桨叶和尾流流场分析58-65
• 5.3.1 螺旋桨桨叶表面压力分布58-62
• 5.3.2 不同进速下桨叶的速度矢量62-63
• 5.3.3 不同进速下流场的压力场图63-65
• 5.3.4 螺旋桨桨后流线65
• 5.4 本章小结65-66
• 第六章 结论和展望66-68
• 6.1 结论66
• 6.2 展望66-68
• 参考文献68-72
• 致谢72-74
• 攻读学位期间发表的学术论文目录74

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

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本文编号：792162