【摘要】：隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展,各種新船型、高性能船相繼出現(xiàn),現(xiàn)代船舶不斷的向大型化、高速化方向發(fā)展,螺旋槳負(fù)荷不斷加重,往往難以避免在槳葉上出現(xiàn)空泡。螺旋槳空泡會對螺旋槳性能造成影響,可能會產(chǎn)生空泡剝蝕并對槳葉造成破壞,同時(shí)螺旋槳空泡還會引起船體尾部振動和噪聲等問題。本文采用基于擾動速度勢面元法建立了在均流/非均勻流條件下螺旋槳槳葉片空泡數(shù)值預(yù)報(bào)方法,研究分析了網(wǎng)格數(shù)、Kutta條件處理等對計(jì)算結(jié)果的影響,利用較為完整的三維空泡流動邊界條件以及通過空泡末端厚度快速移動空泡末端網(wǎng)格取代傳統(tǒng)非線性Newton-Raphson迭代來確定空泡區(qū)域方法,有效地提高了計(jì)算的穩(wěn)定性和收斂性。針對本文所建立的螺旋槳空泡數(shù)值預(yù)報(bào)方法,進(jìn)行了較為充分的數(shù)值驗(yàn)證。在均流條件下,對5600TEU集裝箱船螺旋槳、PC456標(biāo)準(zhǔn)螺旋槳以及INSEAN水池E779A螺旋槳空泡進(jìn)行了數(shù)值計(jì)算和分析;在非均勻流條件下,對5600TEU螺旋槳非定�？张葸M(jìn)行了計(jì)算,分析了空泡區(qū)域大小及空泡隨角度變化特性等,數(shù)值計(jì)算結(jié)果均與模型試驗(yàn)結(jié)果有較好的吻合,驗(yàn)證結(jié)果表明本文方法在船舶螺旋槳空泡的數(shù)值定量預(yù)報(bào)上具有可行性和實(shí)用性。在此基礎(chǔ)上,利用本文方法重點(diǎn)分析了螺旋槳側(cè)斜、縱傾分布以及葉剖面等設(shè)計(jì)參數(shù)對空泡性能的影響,計(jì)算結(jié)果表明,加大側(cè)斜,可以減小槳葉表面空泡面積,對于非定常流動表現(xiàn)更為明顯;無論定常還是非定常流動,槳葉剖面設(shè)計(jì)對螺旋槳空泡性能影響很大,抗空化葉剖面的應(yīng)用,可以大幅度地減小空泡面積,提高抗空化能力;采用非線性縱傾,在槳葉梢部可形成局部向壓力面彎曲的形式,可以改善梢部的壓力分布,減少梢部空泡面積,結(jié)合這種分布形式同樣可以抑制梢渦,因而優(yōu)化梢部縱傾分布也是減少空泡,降低螺旋槳空泡誘導(dǎo)脈動壓力的一種措施。本文的研究分析工作,為空泡螺旋槳的優(yōu)化設(shè)計(jì)提供了基礎(chǔ),同時(shí)也表明本文方法可以在螺旋槳優(yōu)化設(shè)計(jì)過程中用來評估分析參數(shù)優(yōu)化對空泡性能的影響。
[Abstract]:With the development of science and technology, all kinds of new ship types and high-performance ships appear one after another. The modern ships are developing to large-scale and high-speed, and the propeller load is increasing constantly. It is difficult to avoid the cavitation on the propeller blades. The cavitation of propeller will affect the performance of propeller, which may cause cavitation denudation and damage to the blade. At the same time, the cavitation of propeller will also cause vibration and noise at the tail of the ship. In this paper, the numerical prediction method of propeller blade cavitation under the condition of uniform / non-uniform flow is established based on the perturbation velocity potential surface element method. The effects of grid number and Kutta condition treatment on the calculated results are studied and analyzed. The computational stability and convergence are improved by using the relatively complete three-dimensional bubble flow boundary conditions and replacing the traditional nonlinear Newton-Raphson iteration with the fast moving bubble end mesh at the end of the bubble. The results show that the computational stability and convergence of the method can be improved effectively by using the three-dimensional bubble flow boundary conditions. In this paper, the numerical prediction method of propeller cavitation is fully verified. Under the condition of current sharing, the numerical calculation and analysis of 5600TEU container ship propeller, PC456 standard propeller and INSEAN pool E779A propeller cavitation are carried out. Under the condition of non-uniform flow, the unsteady cavitation of 5600TEU propeller is calculated, and the size of cavitation region and the variation of cavitation with angle are analyzed. The numerical results are in good agreement with the results of model test, and the numerical results are in good agreement with the experimental results. The verification results show that the proposed method is feasible and practical in the numerical prediction of propeller cavitation. On this basis, the effects of the design parameters such as propeller slant, pitch distribution and blade profile on the cavitation performance are analyzed. The results show that the cavitation area on the blade surface can be reduced by increasing the slant, and the influence of the design parameters such as the pitch distribution and the blade profile on the cavitation performance is analyzed in detail. The performance of unsteady flow is more obvious. No matter the steady or unsteady flow, the blade profile design has a great influence on the cavitation performance of propeller. The application of anti-cavitation blade profile can greatly reduce the cavitation area and improve the cavitation resistance ability. By adopting non-linear longitudinal inclination, the form of local bending of pressure surface can be formed at the tip of the blade, which can improve the pressure distribution of the tip and reduce the bubble area of the tip. Combined with this distribution form, the vortex of the tip can also be suppressed. Therefore, optimizing the tip tilt distribution is also a measure to reduce the cavitation and reduce the pulsatile pressure induced by the propeller cavitation. The research and analysis work in this paper provides a basis for the optimal design of cavitation propeller, and also shows that this method can be used to evaluate the effect of optimization of parameters on cavitation performance in the process of optimization design of propeller.
【學(xué)位授予單位】：中國艦船研究院
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：U664.33;U661.1

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