非均匀来流中螺旋桨性能的CFD模拟方法研究

发布时间：2017-09-25 15:18

  本文关键词：非均匀来流中螺旋桨性能的CFD模拟方法研究

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【摘要】：目前CFD方法在船舶螺旋桨上的应用不断增多，并逐步取代升力面和面元等势流方法，成为螺旋桨性能数值预报的主要手段。在螺旋桨的CFD模拟中，非均匀来流中螺旋桨的性能预报是一个重要环节，如何对桨叶平均力、非定常力以及空泡等性能进行准确预报是一项值得研究的工作。 在船尾伴流中螺旋桨非定常水动力的CFD预报方面，，一般需要船桨同时计算，这样会增加计算模型的复杂性，消耗大量的计算时间，并且精确模拟船体与桨之间的非定常相互作用难度较高。如果不使用船体作为伴流发生器，由于CFD计算中只能将桨盘面处的伴流场设定在计算域入流边界处，则需要解决非均匀流从入流边界到桨盘面流动过程中的耗散问题。为此，本文尝试研究给定入流边界非均匀流速分布时螺旋桨非定常力的CFD预报方法。通过减小从入流边界到桨盘面的距离并加密该区域网格来减小速度耗散量，同时在入流边界处导入螺旋桨诱导速度(采用势流方法计算)，减小由于计算域缩小引起的水动力计算误差。计算与试验的比较表明，本文方法可以对轴向伴流中的螺旋桨非定常力进行较准确的预报，入流距离的缩短有效减少了伴流的耗散，加入诱导速度改善了水动力时间平均值的计算精度。 本文还将考虑诱导速度的计算方法应用于导管螺旋桨系柱工况性能的CFD预报。目前系柱性能预报一般采用大计算域减弱边界回流影响、克服收敛速度慢的困难，而本文方法不仅可以大幅减小计算域尺寸、提高计算效率，而且能够提高系柱水动力模拟精度。
【关键词】：螺旋桨 导管桨 非均匀来流 CFD 诱导速度
【学位授予单位】：上海交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：U664.33;U661
【目录】：

• 摘要6-7
• ABSTRACT7-11
• 第一章 综述11-17
• 1.1 研究目的和意义11
• 1.2 课题研究现状11-16
• 1.3 本论文研究内容16-17
• 第二章 数值计算方法17-31
• 2.1 势流升力面理论涡格法17-21
• 2.2 粘流 CFD 计算方法21-29
• 2.3 FLUENT 软件介绍29-31
• 第三章 考虑诱导速度的螺旋桨敞水性能 CFD 模拟31-44
• 3.1 概述31
• 3.2 数值模拟方法31-32
• 3.3 算例与分析32-43
• 3.4 结论43-44
• 第四章 非均匀来流的耗散分析44-58
• 4.1 概述44
• 4.2 耗散的解释44-46
• 4.3 九阶特性筛栅伴流耗散研究46-55
• 4.4 小结55-58
• 第五章 非均匀流场中的螺旋桨非定常性能 CFD 模拟58-71
• 5.1 概述58
• 5.2 船尾伴流耗散分析58-68
• 5.3 Seiun-Maru 大侧斜桨在船尾伴流中的水动力性能模拟68-70
• 5.4 小结70-71
• 第六章 系柱工况下导管桨的水动力性能预报71-83
• 6.1 概述71-72
• 6.2 算例与分析72-82
• 6.3 小结82-83
• 第七章 结束语83-85
• 7.1 论文工作总结83-84
• 7.2 本文创新点84
• 7.3 工作展望84-85
• 参考文献85-89
• 致谢89-90
• 攻读硕士学位期间已发表或录用的论文90

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前4条

1 洪毅;赫晓东;;复合材料船用螺旋桨设计与CFD/FEM计算[J];哈尔滨工业大学学报;2010年03期

2 刘登成;洪方文;张志荣;刘卉;;螺旋桨片状空泡的CFD分析[J];舰船科学技术;2009年01期

3 王国强,胡寿根;螺旋桨非定常性能计算的升力面方法[J];上海交通大学学报;1989年03期

4 王国强,杨晨俊;瞬变工况下螺旋桨性能[J];上海交通大学学报;1997年11期

本文编号：918069