基于数值方法模拟螺旋桨诱导的脉动压力

发布时间：2017-09-09 02:02

  本文关键词：基于数值方法模拟螺旋桨诱导的脉动压力

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【摘要】：船舶的振动问题一直是一个人们非常关注的问题,振动会带来一系列的不良影响,甚至破坏船体结构。据统计有大约70%的船体振动是由螺旋桨引起,多年来,由螺旋桨诱导的脉动压力始终成为关注的对象。对于脉动压力的研究,传统的理论方法过于繁杂,应用性不强；模型试验受限于环境导致耗资甚巨；经验公式法又存在较大的局限性。计算流体力学(CFD)作为一门新分支在流体的模拟问题上开辟了新的道路。电子计算机性能的飞速升级,加之理论的持续完善,CFD方法的优势慢慢显露。本文将使用CFD方法模拟船尾部的流场,并提取出各种相关信息,对螺旋桨引起的脉动压力进行预估。本文首先对数值计算方法进行了可行性的检验,模拟了目前相对已经比较成熟的螺旋桨敞水性能。模拟中分别采用了标准k-ε, RNG k-δ和雷诺应力三种湍流模型进行对比。计算的结果与螺旋桨敞水图谱进行对比,得出了最适合的湍流模型,并绘制出数值模拟得出的螺旋桨敞水性能曲线,验证了CFD数值方法的可靠性。之后还分析了螺旋桨表面压力分布和尾流分布情况,体现了数值模拟可以获取整个流场中多种信息的优点。之后对受船体影响的螺旋桨实现了瞬态的数值模拟,模拟了整个船尾部流场。根据得到的信息可以提取出桨在船体影响作用下的各种动力性能；通过预设的监测点可以对流场中任意位置压强进行实时监测,从而整理出螺旋桨诱导的脉动压力的波动曲线,并通过快速傅里叶变换分析其各频率下的成分组成。通过改变转速和船舶速度对比转速和速度对脉动压力幅值的影响。最后,又计算模拟了桨-舵互相影响下的船舶尾部流场,得到监测点的脉动压力值,讨论了舵的存在对脉动压力的影响。
【关键词】：螺旋桨 计算流体力学 湍流模型 脉动压力 快速傅里叶变换
【学位授予单位】：大连理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：U661.44;U664.33
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-8
• 1 绪论8-16
• 1.1 研究背景8
• 1.2 研究的目的和意义8-9
• 1.3 国内外研究现状9-15
• 1.3.1 理论预报方法9-11
• 1.3.2 实船和模型试验方法11-14
• 1.3.3 经验公式预报方法14
• 1.3.4 数值模拟预报方法14-15
• 1.4 论文的主要工作内容15-16
• 2 脉动压力的预报方法16-27
• 2.1 螺旋桨激振力的组成16-19
• 2.2 理论计算方法19
• 2.3 经验公式计算方法19-25
• 2.4 试验方法25-26
• 2.5 本章小结26-27
• 3 CFD方法与螺旋桨敞水性能检验27-44
• 3.1 计算流体力学基本方程27-29
• 3.2 雷诺时均法基本理论29-34
• 3.2.1 湍流模型29-32
• 3.2.2 离散方法32
• 3.2.3 流场迭代求解方法32-34
• 3.3 螺旋桨敞水性能数值计算34-43
• 3.3.1 几何模型的建立34-36
• 3.3.2 网格的划分36-38
• 3.3.3 计算条件设置38-39
• 3.3.4 数值计算结果39-43
• 3.4 本章小结43-44
• 4 螺旋桨诱导的船体脉动压力44-61
• 4.1 几何模型的建立44-45
• 4.2 网格的划分45-47
• 4.3 计算预处理47-49
• 4.3.1 模拟条件的设置47-48
• 4.3.2 监测点的设置48-49
• 4.3.3 计算工况的设置49
• 4.4 计算结果分析49-60
• 4.4.1 船体和螺旋桨压力及尾流情况49-53
• 4.4.2 尾部不同位置脉动压力的分布53-56
• 4.4.3 速度对脉动压力影响56-58
• 4.4.4 螺旋桨转速对脉动压力影响58-60
• 4.5 本章小结60-61
• 5 考虑桨舵影响的脉动压力分析61-70
• 5.1 计算预处理61-62
• 5.2 舵的干扰作用62-65
• 5.2.1 舵对螺旋桨性能的影响62
• 5.2.2 舵表面压强分布及尾流场变化62-64
• 5.2.3 舵影响下螺旋桨诱导的脉动压力64-65
• 5.3 舵角改变对流场影响65-68
• 5.3.1 舵角对螺旋桨影响65-66
• 5.3.2 舵表面压强分布及尾流场的变化66-67
• 5.3.3 舵角改变对脉动压力的影响67-68
• 5.4 本章小结68-70
• 结论与展望70-72
• 参考文献72-75
• 附录A 不同速度下脉动压力曲线75-77
• 附录B 不同转速下脉动压力曲线77-79
• 附录C 不同舵角下脉动压力曲线79-81
• 攻读硕士学位期间发表学术论文情况81-82
• 致谢82-83

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前3条

1 王蒙蒙;赵德有;;螺旋桨诱导的船体表面力预报新方法[J];船舶力学;2006年04期

2 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

3 罗柏华,刘宇陆;湍流边界层流场与噪声实验研究[J];实验力学;2001年04期

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本文编号：817633