【摘要】：船舶在碎冰區(qū)域航行一直是目前研究中的重點(diǎn)問題,而其中的冰槳相互干擾又一直是研究中的重點(diǎn)。當(dāng)碎冰體積較大時,運(yùn)動的碎冰會沿船體側(cè)向或者尾部滑行到螺旋槳周圍影響螺旋槳周圍的流場,進(jìn)而影響螺旋槳的水動力性能,并且這種影響會隨著時間的變化而變化;當(dāng)冰槳發(fā)生接觸碰撞時,螺旋槳受到很大的影響。目前來說使用試驗(yàn)或者理論的方法解決冰槳相互干擾的模擬需要大量的人力物力,而且由于其耦合作用機(jī)理較為復(fù)雜,在試驗(yàn)或理論分析上都有很大的困難。隨著CFD技術(shù)的不斷完善和成熟,計(jì)算仿真的方法日益成為解決模擬冰槳相互干擾問題的強(qiáng)有力工具之一。首先,選用ICEPROPELLER螺旋槳和某型船體為主要的研究對象,使用STAR-CCM+軟件作為主要的研究工具。使用重疊網(wǎng)格方法并選用RANS模型,計(jì)算了不同進(jìn)速下ICEPROPELLER槳的推力曲線和扭矩曲線,并將計(jì)算結(jié)果與模型試驗(yàn)進(jìn)行了對比分析,從而驗(yàn)證本文計(jì)算方法的正確性與合理性。選用ICEPROPELLER槳與特定形狀冰塊,開展冰槳水動力相互干擾的計(jì)算仿真研究。使用重疊網(wǎng)格對冰塊的外運(yùn)動域和螺旋槳的旋轉(zhuǎn)域進(jìn)行建模,將冰塊放于螺旋槳正前方一定位置并計(jì)算一定時間后再將冰塊釋放,變化冰塊的大小、進(jìn)速、冰塊初始釋放軸向位置和徑向位置等參數(shù)。通過變化這些參數(shù)我們可以發(fā)現(xiàn)在槳的抽吸作用下冰塊以軸向運(yùn)動為主;冰塊后方會存在“加速區(qū)”和“阻塞區(qū)”,對螺旋槳的水動力性能產(chǎn)生較大的影響。某型破冰船作為最新下水的破冰船,彌補(bǔ)了我國在破冰船設(shè)計(jì)建造上的多項(xiàng)空白。本文建立了碎冰區(qū)域航行的某型破冰船的模型,并計(jì)算了不同航速和碎冰密集度下船體總阻力的變化,低航速時,密集度的增加對總阻力的影響非常明顯,而高航速下總阻力的增加受密集度影響不大。本文初步探索了某型破冰船船槳一體情況下在碎冰區(qū)域航行的問題,通過給予螺旋槳不同的轉(zhuǎn)速,分析螺旋槳轉(zhuǎn)速對船體周圍以及艉部碎冰的分布規(guī)律。同時進(jìn)行了某型破冰船船槳一體在碎冰區(qū)域倒車時的運(yùn)動模擬,得到了在碎冰航行時冰槳接觸碰撞的時域曲線。
【圖文】：

１．２研究的目的與意義逡逑目前受到資源枯竭與頁巖氣開發(fā)的影響，人們將注意力逐漸轉(zhuǎn)移到極地的資源開中，從２００８年左右開始，全球的破冰船訂單量呈現(xiàn)逐漸增加的趨勢。在破冰船的航過程中，冰區(qū)推進(jìn)器為穩(wěn)定破冰航行起到了保駕護(hù)航的作用，所以推進(jìn)系統(tǒng)的重要言而喻。逡逑冰區(qū)船舶航行過程中工況較為復(fù)雜，且所處的環(huán)境較為惡劣。冰區(qū)船舶破冰航行程中船舶的姿態(tài)會產(chǎn)生較大的升沉，故螺旋槳所受的載荷與常規(guī)螺旋槳差異較大［８］。且在沖撞式破冰過程中，船體需要間歇性的往復(fù)推力幫助其破冰，因此這對推進(jìn)器設(shè)計(jì)提出了較為嚴(yán)苛的挑戰(zhàn)。除此以外，冰區(qū)航行的船舶不可避免地會發(fā)生碎冰沿船表面流動的現(xiàn)象，在這種情況下碎冰較容易由于螺旋槳抽吸作用與螺旋槳發(fā)生碰撞。冰塊運(yùn)動過程中，阻塞作用下螺旋槳的水動力性能會受到很大的影響，這種機(jī)理目前有待研宄。逡逑，業(yè)逐，于器已經(jīng)

力以及渦等，通過這些物理量又可以求出一些例如力和力矩等。目前計(jì)算流體力學(xué)、理逡逑論流體力學(xué)和試驗(yàn)流體力學(xué)為研究流體力學(xué)提供了目前來說最為完善的解決辦法，三者逡逑的關(guān)系如圖２．１所示逡逑Ｖｖ逡逑圖２．１流體力學(xué)各個分支關(guān)系圖逡逑理論流體力學(xué)的結(jié)果具有普適性，影響因素可見的優(yōu)點(diǎn)，在流體力學(xué)問題研究中，逡逑往往是先開展理論分析，但是理論流體力學(xué)對于復(fù)雜三維問題的求解較為困難。試驗(yàn)流逡逑體力學(xué)所得結(jié)果簡單可信，，是指導(dǎo)流體力學(xué)研宄的重要手段，但是試驗(yàn)往往需要投入大逡逑量的時間和精力，而且還存在一定的限制因素。ＣＦＤ方法的限制較小，在計(jì)算機(jī)或服務(wù)逡逑器上能實(shí)現(xiàn)對復(fù)雜問題的模擬，通過計(jì)算機(jī)成像技術(shù)，將結(jié)果反映出來，并且所經(jīng)歷的逡逑１１逡逑
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工程大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：U661.3;U674.21

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本文編號：2688093