本文關(guān)鍵詞：吊艙推進(jìn)器水動(dòng)力性能數(shù)值研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：吊艙推進(jìn)器作為一種新型電力推進(jìn)裝置，在民船、軍船上得到了越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。隨著CFD計(jì)算方法和技術(shù)的不斷進(jìn)步，對(duì)其粘流水動(dòng)力特性進(jìn)行數(shù)值預(yù)報(bào)已經(jīng)得到越來(lái)越大的發(fā)展。本文采用RANS方法在FLUENT商用軟件中對(duì)吊艙推進(jìn)器水動(dòng)力性能進(jìn)行了數(shù)值研究。 首先對(duì)計(jì)算模型進(jìn)行了比較研究。在網(wǎng)格依賴性方面，通過計(jì)算結(jié)果與試驗(yàn)的比較以及y+分布的比較，確定合理的邊界層網(wǎng)格厚度。在湍流模型方面，對(duì)三種k-ε湍流模型及兩種壁面函數(shù)的計(jì)算結(jié)果進(jìn)行了比較，結(jié)果表明采用RNG k-ε及非平衡壁面函數(shù)的計(jì)算結(jié)果與模型試驗(yàn)相比誤差最小。在旋轉(zhuǎn)槳葉的計(jì)算模型方面，分別采用準(zhǔn)定常MRF模型、定�；旌厦婺Ｐ图胺嵌ǔ；凭W(wǎng)格模型進(jìn)行了比較計(jì)算，結(jié)果表明MRF模型與滑移網(wǎng)格模型得到的水動(dòng)力更接近。本文還研究了采用MRF模型時(shí)槳葉相位角的影響，結(jié)果表明MRF模型推力和扭矩計(jì)算值與非定常結(jié)果非常接近，但側(cè)向力計(jì)算結(jié)果相差較大。MRF模型并不能完全代替非定常計(jì)算，但可以根據(jù)實(shí)際需要適當(dāng)采用MRF模型，以節(jié)省計(jì)算時(shí)間。 其次，本文研究了支架、槳轂間隙對(duì)吊艙推進(jìn)器水動(dòng)力性能的影響。計(jì)算結(jié)果表明支架上方流線型阻擋繞流裝置以及支架間隙是否存在對(duì)槳葉及推進(jìn)單元的受力影響很小。因此，當(dāng)我們只關(guān)心槳葉以及推進(jìn)單元的性能時(shí)，數(shù)值計(jì)算中可以忽略上方的流線型阻擋繞流裝置，以使建模及計(jì)算得到簡(jiǎn)化。槳轂間隙對(duì)推進(jìn)器單元水動(dòng)力及槳葉水動(dòng)力的影響均很小；槳轂間隙內(nèi)壓力作用于槳轂后端面形成推力，其大小約為槳葉推力的2%~3%；間隙內(nèi)壓力隨間隙寬度的變化和槳轂后端面與槳葉隨邊的距離有關(guān)，當(dāng)該距離保持不變時(shí)，間隙內(nèi)壓力隨間隙寬度的增大而降低。與國(guó)外公開發(fā)表的試驗(yàn)結(jié)果的比較表明，本文間隙影響的計(jì)算結(jié)果定性正確。 本文還研究了尺度效應(yīng)對(duì)吊艙推進(jìn)器水動(dòng)力性能的影響。對(duì)模型尺度和實(shí)尺度吊艙推進(jìn)器性能進(jìn)行計(jì)算比較，結(jié)果表明與模型尺度相比，，實(shí)尺度的吊艙推進(jìn)器上螺旋槳的推力增大，艙體和支架的阻力減小，整個(gè)單元的推力增大，而螺旋槳的扭矩減小。其中粘性力的變化是吊艙推進(jìn)器受力變化的主要原因。從艙體及支架周圍的速度分布圖中可以看到，模型尺度吊艙推進(jìn)器的邊界層相對(duì)厚度更大一些，而實(shí)尺度吊艙推進(jìn)器螺旋槳尾流對(duì)吊艙的影響更為明顯。 最后本文計(jì)算了在不同斜流角度下的吊艙推進(jìn)器水動(dòng)力性能。計(jì)算得到的吊艙推進(jìn)器水動(dòng)力性能隨斜流角度的變化規(guī)律與試驗(yàn)結(jié)果一致，螺旋槳的推力系數(shù)、扭矩系數(shù)及推進(jìn)單元的側(cè)向力系數(shù)隨著斜流角度的增加而增加，而吊艙推進(jìn)器單元的推力系數(shù)則隨斜流角度的增加而減小。而在側(cè)向力上，在船體坐標(biāo)系下螺旋槳的側(cè)向力占主要成分，說明在斜航狀態(tài)下，轉(zhuǎn)船力矩主要來(lái)自于螺旋槳推力。
【關(guān)鍵詞】：吊艙推進(jìn)器 水動(dòng)力性能 間隙影響 尺度效應(yīng) 斜流 CFD
【學(xué)位授予單位】：上海交通大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2013
【分類號(hào)】：U664.3;U661.3
【目錄】：

• 摘要6-8
• ABSTRACT8-10
• 目錄10-13
• 第一章 緒論13-22
• 1.1 吊艙推進(jìn)器的發(fā)展概況13-15
• 1.2 吊艙推進(jìn)器的研究現(xiàn)狀15-19
• 1.2.1 吊艙推進(jìn)器的試驗(yàn)研究15-16
• 1.2.2 吊艙推進(jìn)器的數(shù)值研究16-19
• 1.2.2.1 基于勢(shì)流理論的數(shù)值研究16-18
• 1.2.2.2 基于粘流理論的數(shù)值研究18-19
• 1.3 本論文的研究目的與意義19-20
• 1.4 本論文的研究?jī)?nèi)容20-22
• 第二章 數(shù)值計(jì)算方法22-34
• 2.1 CFD 數(shù)值方法概述22-29
• 2.1.1 基本控制方程22-23
• 2.1.1.1 質(zhì)量守恒定律（連續(xù)性方程）22
• 2.1.1.2 動(dòng)量守恒定律（動(dòng)量方程）22-23
• 2.1.1.3 雷諾平均的 N-S 方程23
• 2.1.2 湍流模型23-27
• 2.1.2.1 Standard k-ε湍流模型24-25
• 2.1.2.2 RNG k-ε湍流模型25
• 2.1.2.3 Realized k-ε湍流模型25-26
• 2.1.2.4 k-ω模型26-27
• 2.1.3 壁面附近流動(dòng)的處理27-28
• 2.1.4 離散與求解方法28-29
• 2.2 基于 FLUENT 的數(shù)值計(jì)算方法29-31
• 2.3 計(jì)算模型及邊界條件設(shè)置31-32
• 2.4 本章小結(jié)32-34
• 第三章 計(jì)算模型比較研究34-51
• 3.1 網(wǎng)格依賴性研究34-42
• 3.1.1 螺旋槳網(wǎng)格34-38
• 3.1.1.1 網(wǎng)格劃分與模型設(shè)置34-35
• 3.1.1.2 計(jì)算結(jié)果和分析35-38
• 3.1.2 吊艙及支架網(wǎng)格38-42
• 3.1.2.1 網(wǎng)格劃分與模型設(shè)置38-40
• 3.1.2.2 計(jì)算結(jié)果分析40-42
• 3.2 湍流模型影響研究42-44
• 3.2.1 網(wǎng)格劃分與模型設(shè)置42
• 3.2.2 計(jì)算結(jié)果和分析42-44
• 3.3 旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)計(jì)算模型的比較研究44-49
• 3.3.1 混合面、MRF、滑移網(wǎng)格模型計(jì)算比較45-46
• 3.3.2 MRF 模型與滑移網(wǎng)格模型的計(jì)算比較46-49
• 3.4 本章小結(jié)49-51
• 第四章 間隙影響研究51-63
• 4.1 支架間隙的影響52-57
• 4.1.1 計(jì)算模型設(shè)置52
• 4.1.2 計(jì)算結(jié)果與分析52-57
• 4.2 槳i柤湎兜撓跋
  
  本文編號(hào)：273674
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