本文關(guān)鍵詞：船用螺旋槳敞水和空化性能CFD預(yù)報(bào)，，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：螺旋槳是目前船舶領(lǐng)域廣泛使用的推進(jìn)器。工作于船后的螺旋槳會(huì)受到船體產(chǎn)生的伴流的影響,造成其水動(dòng)力性能下降和振動(dòng)現(xiàn)象。為了改善螺旋槳在船后非均勻尾流場(chǎng)中的振動(dòng)和空化性能,螺旋槳槳葉通常要具有一定側(cè)斜角度甚至大側(cè)斜。根據(jù)不同理論設(shè)計(jì)的側(cè)斜槳實(shí)際使用時(shí)能否達(dá)到設(shè)計(jì)要求,通常需要經(jīng)過(guò)實(shí)驗(yàn)或理論驗(yàn)證。 本文應(yīng)用計(jì)算流體力學(xué)方法(CFD),通過(guò)求解粘性流體湍流流動(dòng)的控制方程組(Navier-Stokes方程組)數(shù)值研究側(cè)斜螺旋槳水動(dòng)力性能包括敞水和空化性能。通過(guò)與實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行比較,評(píng)價(jià)數(shù)值計(jì)算結(jié)果的可靠性和不同湍流模型的預(yù)報(bào)精度,為工程應(yīng)用和理論研究提供參考。 在螺旋槳敞水性能模擬方面,本文首先選取常規(guī)螺旋槳MAU4-50,使用標(biāo)準(zhǔn)二方程κ-ε湍流模型。計(jì)算得到的推力、扭矩系數(shù)和效率與試驗(yàn)值吻合較好。推力和扭矩系數(shù)的相對(duì)誤差分別為3.85%和6.]5%。在此基礎(chǔ)上,對(duì)一大側(cè)斜螺旋槳的敞水性能進(jìn)行了計(jì)算。研究和分析了非結(jié)構(gòu)網(wǎng)格區(qū)域大小和不同湍流模型對(duì)計(jì)算結(jié)果的影響。三種湍流模型即k-c,SST和雷諾應(yīng)力模型得到的推力和扭矩系數(shù)在主要工作工況下的相對(duì)誤差均在10%以?xún)?nèi),其中雷諾應(yīng)力模型的誤差最小。此外,研究了側(cè)斜分布對(duì)螺旋槳敞水性能的影響。 對(duì)于船后非均勻來(lái)流下螺旋槳空化性能的研究,本文首先使用全空化模型和Z-G-B空化模型對(duì)二二維水翼的空化進(jìn)行模擬計(jì)算,探索兩種空化模型對(duì)空化流動(dòng)計(jì)算的準(zhǔn)確度。通過(guò)修改部分經(jīng)驗(yàn)常數(shù),獲得的計(jì)算結(jié)果較為滿(mǎn)意。然后使用修改后的Z-G-B模型對(duì)某一側(cè)斜槳在船后非均勻來(lái)流條件下的空化現(xiàn)象進(jìn)行模擬。結(jié)果表明空泡發(fā)生和消失位置以及空化區(qū)域與實(shí)驗(yàn)值吻合較好。最后修改該側(cè)斜槳的側(cè)斜分布,得到四個(gè)不同側(cè)斜分布的螺旋槳,對(duì)這四個(gè)槳進(jìn)行空化性能和振動(dòng)性能研究,得到側(cè)斜參數(shù)對(duì)空化性能和振動(dòng)性能的影響規(guī)律。
【關(guān)鍵詞】：大側(cè)斜螺旋槳 側(cè)斜參數(shù) 尾伴流 數(shù)值模擬 空化模擬
【學(xué)位授予單位】：大連理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2011
【分類(lèi)號(hào)】：U664.33
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-10
• 1 緒論10-15
• 1.1 課題的研究背景和意義10-11
• 1.2 螺旋槳敞水性能和空化流動(dòng)研究方法概述11-13
• 1.3 螺旋槳敞水性能和空化流動(dòng)CFD研究的國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀13-14
• 1.4 本文的主要研究?jī)?nèi)容及目標(biāo)14-15
• 2 計(jì)算流體力學(xué)方法簡(jiǎn)介15-23
• 2.1 網(wǎng)格生成技術(shù)15-16
• 2.1.1 結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格的生成方法15-16
• 2.1.2 非結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格的生成方法16
• 2.2 流動(dòng)控制方程16-17
• 2.3 雷諾時(shí)均Navier-Stokes方程(RANS)的湍流模型17-20
• 2.3.1 標(biāo)準(zhǔn)k-ε兩方程模型18
• 2.3.2 SST兩方程模型18-20
• 2.3.3 雷諾應(yīng)力模型20
• 2.4 空化模型20-22
• 2.4.1 完全空化模型21-22
• 2.4.2 Z-G-B模型22
• 2.5 本章小結(jié)22-23
• 3 數(shù)值計(jì)算方法23-29
• 3.1 有限體積法23
• 3.2 離散方程中對(duì)流項(xiàng)差分格式23-26
• 3.2.1 中心差分格式24-25
• 3.2.2 迎風(fēng)格式25
• 3.2.3 QUICK格式25-26
• 3.2.4 High Resolution格式26
• 3.3 SIMPLE算法26-27
• 3.4 聯(lián)合求解算法27
• 3.5 求解代數(shù)方程組的方法27-28
• 3.6 本章小結(jié)28-29
• 4 常規(guī)螺旋槳和大側(cè)斜螺旋槳的敞水性能計(jì)算和結(jié)果分析29-46
• 4.1 常規(guī)螺旋槳的敞水性能計(jì)算和結(jié)果分析29-33
• 4.1.1 幾何模型建立29-30
• 4.1.2 網(wǎng)格劃分與生成30
• 4.1.3 空間離散格式和邊界條件30
• 4.1.4 網(wǎng)格無(wú)關(guān)性驗(yàn)證30-32
• 4.1.5 計(jì)算結(jié)果與分析32-33
• 4.2 大側(cè)斜螺旋槳的敞水性能計(jì)算和結(jié)果分析33-40
• 4.2.1 幾何模型建立33-34
• 4.2.2 網(wǎng)格生成與邊界條件34-35
• 4.2.3 網(wǎng)格無(wú)關(guān)性驗(yàn)證35-36
• 4.2.4 非結(jié)構(gòu)網(wǎng)格區(qū)域大小的影響36-37
• 4.2.5 不同湍流模型預(yù)測(cè)精度研究37-40
• 4.3 側(cè)斜分布對(duì)大側(cè)斜螺旋槳的敞水性能計(jì)算結(jié)果和分析40-45
• 4.4 本章小結(jié)45-46
• 5 二維水翼的空泡性能預(yù)報(bào)46-58
• 5.1 計(jì)算區(qū)域及邊界條件46
• 5.2 離散格式46-47
• 5.3 網(wǎng)格無(wú)關(guān)性討論47-48
• 5.4 兩種軟件計(jì)算無(wú)空化時(shí)葉面壓力分布比較48
• 5.5 空化流動(dòng)計(jì)算結(jié)果與分析48-53
• 5.5.1 全空化模型中不凝結(jié)氣體質(zhì)量分?jǐn)?shù)對(duì)計(jì)算結(jié)果的影響48-51
• 5.5.2 Z-G-B模型中不同系數(shù)對(duì)計(jì)算結(jié)果的影響51
• 5.5.3 Z-G-B模型中不同蒸發(fā)系數(shù)對(duì)計(jì)算結(jié)果的影響51-52
• 5.5.4 Z-G-B模型中不同凝結(jié)系數(shù)對(duì)計(jì)算結(jié)果的影響52-53
• 5.6 兩種空化模型計(jì)算結(jié)果比較53-57
• 5.7 本章小結(jié)57-58
• 6 船后非均勻來(lái)流下大側(cè)斜螺旋槳的空泡性能預(yù)報(bào)58-69
• 6.1 船后非均勻來(lái)流下大側(cè)斜螺旋槳的空泡性能預(yù)報(bào)58-61
• 6.1.1 非均勻來(lái)流流場(chǎng)的處理58-59
• 6.1.2 螺旋槳空泡計(jì)算和結(jié)果分析59-61
• 6.2 側(cè)斜分布對(duì)船后非均勻來(lái)流下螺旋槳空泡性能的影響61-67
• 6.3 本章小結(jié)67-69
• 結(jié)論與展望69-71
• 參考文獻(xiàn)71-73
• 攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表學(xué)術(shù)論文情況73-74
• 致謝74-76

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