【摘要】：當前,艦船的發(fā)展不斷趨于大型化與高速化,艦船螺旋槳常常由于過大的負荷而產(chǎn)生空泡�？张菀坏┊a(chǎn)生,勢必影響螺旋槳的水動力性能;導致空化剝蝕,破壞槳葉表面材料;同時引發(fā)船體尾部振動,致使空化噪聲。近年來,空化問題一直是國際水動力學界的重點研究問題。傳統(tǒng)金屬螺旋槳為了控制空泡產(chǎn)生常從螺旋槳的幾何尺寸與形狀上著手,如選用較小厚度的翼型和在葉根處打孔等,但是由于螺旋槳尺寸和重量都很大,并且結構十分復雜,效果往往并不理想。而復合材料螺旋槳的出現(xiàn)為空泡現(xiàn)象的控制提供了新的契機。復合材料螺旋槳的結構特點及工作原理都與傳統(tǒng)金屬螺旋槳大不相同,因此其空化現(xiàn)象產(chǎn)生的機理及造成的影響也迥然各異。基于此,本文針對通用槳型DTMB4381螺旋槳,利用CFD方法與有限元分析方法相結合,對復合材料螺旋槳的空泡性能及空泡水動力性能進行了研究,并與金屬螺旋槳的計算結果進行了對比分析,探索了復合材料螺旋槳的空化機理,具體研究內(nèi)容如下:利用基于RANS方程的計算流體力學方法,建立了螺旋槳敞水數(shù)值模擬方法;采用四面體網(wǎng)格與結構化網(wǎng)格相結合的混合網(wǎng)格方式實現(xiàn)了整個計算域網(wǎng)格的劃分;通過網(wǎng)格無關性分析,驗證了該方法的正確性;研究了不同湍流模型對金屬螺旋槳水動力性能計算結果的影響,與文獻中的實驗值進行了對比,提出了適應于本研究的有效湍流模型;分析了不同工況下螺旋槳槳葉表面的壓力分布及流場情況。采用基于Mosaic技術的Poly-Hexcore旋轉(zhuǎn)域網(wǎng)格與外流場的結構化網(wǎng)格結合的重疊網(wǎng)格,結合計算流體力學方法,建立了螺旋槳定常空泡數(shù)值模擬方法,研究了金屬螺旋槳在不同工況、不同空泡數(shù)下的定常空泡流,討論了不同湍流模型、不同空化模型、不同離散格式對計算結果的影響,分析了不同工況以及空泡數(shù)下金屬螺旋槳的空化面積、空化程度以及空泡水動力性能。并與文獻中的計算結果對比分析,驗證了空泡數(shù)值模擬方法的準確性。利用CFD、FEM與基于MATLAB的幾何重構程序相結合,建立了復合材料螺旋槳空泡數(shù)值模擬計算方法;完成了不同工況下4381復合材料螺旋槳的流固耦合計算,分析復合材料螺旋槳的變形情況,結合MATLAB與三維構型軟件UG,完成形變后復合材料螺旋槳的三維幾何重構;研究不同工況、不同空泡數(shù)下復合材料螺旋槳的定�？张菪阅芘c空泡水動力性能,將所得計算結果與金屬槳對比分析,顯示了復合材料螺旋槳在空泡性能及空泡水動力性能上的優(yōu)異性。
【學位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2019
【分類號】：U664.33
【圖文】：

螺旋槳空化現(xiàn)象空泡的出現(xiàn)會對螺旋槳造成許多不利影響，比如空泡會改變螺旋槳水動力性

拖曳水池

螺旋槳的空泡性能試驗多在空泡筒中進行，如圖1-3 所示。圖 1-2 拖曳水池 圖 1-3 空炮筒而如今，計算流體力學方法越來越多的取代理論研究方法與模型試驗方法。

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本文編號：2781193