前置预旋导轮综合性能分析技术研究

发布时间：2017-10-09 00:05

  本文关键词：前置预旋导轮综合性能分析技术研究

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【摘要】：新的船舶能效准则的提出使得正在运营的船舶面临着很大节能的压力,船舶节能技术得到了越来越广泛的关注。前置预旋导轮作为一种安置于螺旋桨之前的节能装置,合理的型线设计以及安装位置可以起到改善螺旋桨上半平面入流的均匀性、提高螺旋桨效率的作用,无论是对于运营还是新建船舶都可以很方便的安装,其应用范围不断扩大。前置预旋导轮工作在螺旋桨之前,受到静水压力和由水流以及螺旋桨诱导的脉动压力的作用。合理的结构设计可以避免导轮因静载荷或者循环载荷而发生结构破坏。随着计算机硬件的不断更新换代以及数值模拟算法的改进,可以越来越方便的用数值模拟的方法来进行导轮性能分析,这样可以基于数值模拟的结果对设计参数进行优化,极大的节省了设计成本。本文利用FLUENT以及ANSYS等商业软件,对流体作用下的某前置预旋导轮的强度和振动性能进行了研究。导轮的水动力性能数值计算和分析结果表明,本文所使用的方法能够较为精确的得到导轮附近的流场分布情况。将压力载荷转换至实际导轮,计算结果表明导轮的强度满足设计规范的要求。通过计算考虑附加水质量的导轮固有频率以及振型可以发现,加装中部支撑构件可以极大的提高导轮的固有频率,而支撑构件的强度以及导轮在水下的吃水深度则对固有频率影响不大。本文所用到的思路与方法可以为前置预旋导轮型线以及结构设计和优化提供参考和依据,有助于导轮在满足其性能要求的前提下发挥其最佳性能。
【关键词】：前置预旋导轮 计算流体力学 强度 流固耦合振动
【学位授予单位】：大连理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：U664.3
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 1 绪论9-13
• 1.1 论文研究背景及意义9-10
• 1.2 船舶节能技术概述10
• 1.3 船舶附加水动力组合节能技术研究进展10-11
• 1.4 本文主要工作11-13
• 2 粘性流场数值模拟基本原理13-22
• 2.1 流体运动控制方程13
• 2.1.1 质量守恒方程13
• 2.1.2 动量守恒方程13
• 2.2 三维湍流数值模拟方法13-14
• 2.3 雷诺平均法简介14-15
• 2.4 湍流模型介绍15-20
• 2.4.1 零方程模型16
• 2.4.2 一方程模型16
• 2.4.3 两方程模型16-20
• 2.5 自由液面模拟20
• 2.6 数值方法20-21
• 2.6.1 离散方法20-21
• 2.6.2 FVM的求解方法21
• 2.7 本章总结21-22
• 3 船体以及螺旋桨流场数值模拟验证22-46
• 3.1 实船船型与船模主尺度及有关参数22-24
• 3.2 几何模型24-25
• 3.3 创建流域25-26
• 3.4 网格生成26-28
• 3.5 求解器设置28-30
• 3.6 结果分析30-38
• 3.6.1 阻力计算结果分析30-33
• 3.6.2 自由液面以及船体表面压力结果分析33-38
• 3.6.3 结论38
• 3.7 DTMB5415船模CFD验证38-41
• 3.8 螺旋桨敞水性能数值模拟验证41-43
• 3.9 CFD计算结果影响因素讨论43-44
• 3.10 本章总结44-46
• 4 前置预旋导轮水动力性能计算以及强度校核46-60
• 4.1 基本信息46-47
• 4.1.1 船体46
• 4.1.2 前置预旋导轮46-47
• 4.1.3 螺旋桨47
• 4.2 影响导轮结构响应计算精度因素分析47-48
• 4.3 水动力载荷计算48-53
• 4.3.1 正车工况下导轮水动力载荷计算48-51
• 4.3.2 倒车工况下导轮水动力载荷计算51-53
• 4.4 前置预旋导轮结构响应计算53-58
• 4.4.1 载荷转换53-55
• 4.4.2 正车工况下导轮响应计算55-57
• 4.4.3 倒车工况下导轮响应计算57-58
• 4.5 本章总结58-60
• 5 前置预旋导轮结构振动性能分析60-71
• 5.1 流固耦合振动问题的求解方法60-62
• 5.1.1 流固耦合系统的基本方程60-61
• 5.1.2 有限元方法61
• 5.1.3 边界元方法61-62
• 5.2 NASTRAN虚拟质量法简介62
• 5.3 前置预旋导轮振动的边界元方法求解62-66
• 5.3.1 计算模型62-63
• 5.3.2 计算结果63-66
• 5.4 影响前置预旋导轮固有频率因素分析66-70
• 5.4.1 中部支撑构件对导轮固有频率的影响66-69
• 5.4.2 水深对导轮固有频率的影响69-70
• 5.5 本章小结70-71
• 6 总结与展望71-73
• 6.1 主要工作总结71
• 6.2 展望71-73
• 参考文献73-75
• 攻读硕士学位期间发表学术论文情况75-76
• 致谢76-77

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本文编号：997012