基于CFD方法的POD吊舱式集装箱船水动力性能研究

发布时间：2017-09-13 21:31

  本文关键词：基于CFD方法的POD吊舱式集装箱船水动力性能研究

  更多相关文章： 数值分析 计算流体动力学(CFD) POD吊舱式推进器 船舶水动力

【摘要】：吊舱式推进器(又称POD推进器)是近年来发展起来的一种新型的船舶推进装置,该推进系统可以节省舱室空间,降低主机的振动,增加推进效率,提高船舰的操纵性能,因此,在商用船舶和军事舰艇的应用上POD推进器具有极高的价值。本文在此基础上,以波兰B573集装箱船为研究对象,通过改建Pram艉型的船艉,搭载POD推进器,运用计算流体力学(CFD)数值方法,展开了对船模和POD推进器的定常和非定常水动力性能研究。在对B573集装箱船一系列研究的基础上,在三维建模软件MAYA中使用NURBS曲面建立了载有POD推进器的Pram艉型的新型船模,对集装箱船伴流场的网格划分方法进行研究,计算新型船模的随航速变化下阻力的变化,并对新型船模螺旋桨盘面的尾流场进行分析,将计算结果与试验结果进行对比,得出新型船模的阻力降低约10%,且螺旋桨盘面的尾流场分布更加均匀,有利于改善螺旋桨的工况。本文采用滑移网格的计算方法,在流体分析软件CFX中分析了敞水拖式与推式POD推进器的非定常水动力性能,在一个旋转周期内,研究舵、吊舱、螺旋桨在X,Y,Z三个坐标方向上的推力和转矩等随旋转角度而变化的情况。通过分析可以发现这些变量呈周期性振荡,且在相同工况下,拖式POD推进器的推力高于推式POD推进器,约为21.1%。将Pram艉型的船体与拖式POD推进器结合,采用SST k-ω湍流模型,当偏转角为0。时,计算船后POD推进器的水动力性能,并与敞水工况下的水动力性能进行对比,发现POD推进器的推力和转矩提高了9-10%,且推进效率提高1%,这是由于POD推进器受到船体伴流场的影响。此外选取了POD推进器偏转角为5°、10°、15°、20°、25°、30°、45°、90°、135°、180°,研究了偏转角对POD推进器水动力性能的影响,结果表明当偏转角约为11°时,POD推进器在X方向的推力达到最大值,然后随着偏转角的增大而逐渐减小。
【关键词】：数值分析 计算流体动力学(CFD) POD吊舱式推进器 船舶水动力
【学位授予单位】：浙江大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：U661.1;U674.131
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-11
• 第1章 绪论11-23
• 1.1 课题背景11-14
• 1.2 国内外的研究进展与现状14-19
• 1.2.1 国外的研究进展与现状14-18
• 1.2.2 国内的研究进展与现状18-19
• 1.3 研究目的和意义19-20
• 1.4 主要研究内容20-23
• 第2章 螺旋桨水动力方程建模23-31
• 2.1 引言23
• 2.2 CFD基本理论23-25
• 2.2.1 控制方程23-24
• 2.2.2 POD推进器的水动力性能方程24-25
• 2.3 螺旋桨模型的建模方法25-30
• 2.3.1 螺旋桨图谱设计25-27
• 2.3.2 螺旋桨叶片几何形状的数学表达27-28
• 2.3.3 B4-70螺旋桨几何模型的建立28-30
• 2.4 小结30-31
• 第3章 艉伴流场定常水动力性能的分析31-45
• 3.1 B573船体及Pram艉型结合的三维模型建立31-34
• 3.1.1 B573船体模型的建立31-32
• 3.1.2 B573集装箱船与Pram艉型的结合32-33
• 3.1.3 POD推进器在船艉的位置33-34
• 3.2 计算域的生成及网格的划分34-37
• 3.3 SST k-ω湍流模型的选择37-38
• 3.4 数值计算结果与分析38-44
• 3.4.1 边界条件设定38-39
• 3.4.2 不同航速下的阻力比较39-40
• 3.4.3 螺旋桨盘面尾流场的对比分析40-44
• 3.5 小结44-45
• 第4章 敞水POD推进器的非定常水动力性能分析45-68
• 4.1 POD推进器的几何模型45-47
• 4.2 计算域的生成及网格的划分47-50
• 4.2.1 计算域的生成47-48
• 4.2.2 计算域网格划分及边界条件设定48-50
• 4.3 数值计算结果与分析50-67
• 4.3.1 B4-70螺旋桨敞水水动力性能50-53
• 4.3.2 拖式POD推进器无偏转角时的水动力性能53-58
• 4.3.3 推式POD推进器无偏转角时的水动力性能58-64
• 4.3.4 拖式POD推进器与推式POD推进器的性能比较分析64-67
• 4.4 小结67-68
• 第5章 Pram艉伴流场对POD推进器的水动力性能影响68-78
• 5.1 构建计算域及边界条件的处理68-69
• 5.2 船后POD推进器无偏转角时的水动力性能69-73
• 5.3 偏转角对船后POD推进器水动力性能的影响73-77
• 5.4 小结77-78
• 第6章 总结与展望78-81
• 6.1 总结78-79
• 6.2 展望79-81
• 参考文献81-87
• 攻读硕士学位期间主要的研究成果87-88
• 致谢88

【参考文献】

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本文编号：846020