喷水推进船舶运动仿真及进水管道流场数值模拟

发布时间：2017-09-09 07:03

  本文关键词：喷水推进船舶运动仿真及进水管道流场数值模拟

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【摘要】：喷水推进相对于普通螺旋桨推进具有推进效率高、操纵性能优异、抗空泡能力强、振动和噪音低、适合浅水航行等优点。喷水推进广泛的应用到各型船舶,并带来了巨大的商业利益。但是,喷水推进技术中的某些问题仍然没有得到完美的解决,不论在理论方面还是在设计制造方面都存在不足之处。本文的研究目的是为建立高可靠性的船舶运动模型和设计优良低空化的进水管道提供依据和建议。本文主要研究了基于螺旋桨推进的MMG模型对喷水推进船舶的适应性和喷水推进器进水管道内压力、速度分布情况及其影响因素。建立了喷水推进船舶的三自由度运动模型,分析了惯性力、粘性力在不同工况下对船体影响的变化规律。推导了喷口水流速度与轴功率的关系,以及推力和倒车力的计算公式。根据所建立的模型,对双喷水推进船舶进行了运动仿真,得到了船舶倒车运动、回转运动和Z型操舵运动的仿真结果,并与现有的实验数据进行了对比。仿真结果表明螺旋桨推进的分离型MMG船舶运动模型也适用于喷水推进船舶。利用Fluent的K-ε和RNGK-ε模型,通过设定边界条件和计算参数,对多种工况下喷水管道流场进行数值仿真,得到了流场的压力和速度的分布图。仿真结果表明管道唇部和斜坡区易发生空化,进水速比是影响管道压力和速度分布的关键因素。
【关键词】：喷水推进 船舶运动模型 运动仿真 管道流场数值模拟
【学位授予单位】：青岛科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：U664.34
【目录】：

• 摘要3-4
• ABSTRACT4-8
• 1 绪论8-23
• 1.1 课题的背景和意义8-9
• 1.2 喷水推进技术简介9-18
• 1.2.1 喷水推进技术的发展历史9-11
• 1.2.2 喷水推进技术的特点11-12
• 1.2.3 喷水推进装置主要制造商及其产品12-16
• 1.2.4 喷水推进技术在舰船上的应用16-18
• 1.3 课题研究现状18-22
• 1.3.1 喷水推进船舶操纵控制数学模型研究现状19-20
• 1.3.2 喷水推进进水管道研究现状20-22
• 1.4 论文的研究内容22-23
• 2 喷水推进技术基本理论23-33
• 2.1 喷水推进系统的结构组成23-25
• 2.2 喷水推进系统的原理25-27
• 2.2.1 喷水推进系统的工作原理25-26
• 2.2.2 喷水推进系统的方程26-27
• 2.3 喷水推进器水动力特性27-29
• 2.3.1 喷水推进器水动力特性的评价指标27-28
• 2.3.2 喷水推进器的水动力特性28-29
• 2.4 喷水推进器与船舶的匹配特性29-31
• 2.5 进水管道的空化现象31-32
• 2.6 本章小结32-33
• 3 喷水推进船舶运动模型研究33-51
• 3.1 船舶坐标系的建立33-34
• 3.2 船舶三自由度运动方程34-37
• 3.3 水动力及力矩计算模型37-42
• 3.3.1 惯性类水动力计算模型37
• 3.3.2 粘性类水动力和力矩计算模型37-42
• 3.4 喷水推进器推力和倒车力的计算42-49
• 3.4.1 喷水推进器推力影响因素42-46
• 3.4.2 喷口水流速度计算46-48
• 3.4.3 喷水推进器推力的计算48
• 3.4.4 喷水推进器倒车力的计算48-49
• 3.5 风及浪的干扰力计算模型49-50
• 3.5.1 风的干扰力计算模型49-50
• 3.5.2 浪干扰力的计算模型50
• 3.6 本章小结50-51
• 4 喷水推进船舶运动仿真51-59
• 4.1 船舶运动数学模型方程的解法51-53
• 4.2 制动运动仿真53-54
• 4.3 回转运动仿真54-57
• 4.4 Z型运动仿真57-58
• 4.5 本章小结58-59
• 5 喷水推进进水管道流场数值模拟59-84
• 5.1 湍流理论59-64
• 5.1.1 湍流简介59-60
• 5.1.2 湍流的控制方程60-61
• 5.1.3 湍流计算模型61-64
• 5.2 计算流体动力学64-69
• 5.2.1 计算流体动力学简介64-65
• 5.2.2 控制方程的离散化方法65-66
• 5.2.3 流场数值计算方法66-67
• 5.2.4 Gambit和Fluent简介67-69
• 5.3 喷水推进器进水管道流场数值模拟69-72
• 5.3.1 进水管道结构69-70
• 5.3.2 计算模型的选取70
• 5.3.3 流场计算域的选取70-71
• 5.3.4 网格划分71
• 5.3.5 边界条件71-72
• 5.3.6 数值计算方法72
• 5.4 进水管道数值模拟结果分析72-83
• 5.4.1 不同进水速比IVR下速度矢量分布图72-74
• 5.4.2 进水速比IVR对唇缘和斜坡处静压力的影响74-77
• 5.4.3 流体分离现象77-79
• 5.4.4 同一IVR不同航速下管道流场变化情况79-80
• 5.4.5 弯管处截面和叶轮前截面速度分布等值线图80-83
• 5.5 本章小结83-84
• 结论和展望84-86
• 参考文献86-89
• 致谢89-90
• 攻读硕士学位期间发表的论文90-91

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2 丁江明;;船舶喷水推进技术国内外研究与应用现状[A];2013年船舶水动力学学术会议论文集[C];2013年

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6 高红;叶方明;林万来;;喷水推进泵的CFD研究[A];科技、工程与经济社会协调发展——中国科协第五届青年学术年会论文集[C];2004年

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