【摘要】：螺旋槳工作在船后不均勻尾流場(chǎng)中,這會(huì)使螺旋槳的槳葉負(fù)荷不均,從而引起螺旋槳的空泡、噪聲問(wèn)題。本文針對(duì)船后的不均勻尾流場(chǎng),設(shè)計(jì)一個(gè)不對(duì)稱導(dǎo)管,以達(dá)到改善船后伴流的效果。首先,本文通過(guò)ICEM網(wǎng)格軟件,對(duì)不同系列的加速導(dǎo)管進(jìn)行建模,然后用STARCCM+軟件對(duì)不同系列的加速導(dǎo)管進(jìn)行計(jì)算,探究改變導(dǎo)管長(zhǎng)度、改變導(dǎo)管剖面攻角和改變導(dǎo)管拱度對(duì)流體加速效果的影響,然后對(duì)槳盤(pán)面處的軸向速度進(jìn)行分析,并總結(jié)其規(guī)律性變化。然后對(duì)KCS裸船的阻力性能進(jìn)行計(jì)算,并將計(jì)算值與試驗(yàn)值進(jìn)行對(duì)比,結(jié)果表明,本文的計(jì)算方法是可行的。然后對(duì)自由液面對(duì)槳盤(pán)面處軸向伴流的影響進(jìn)行分析,結(jié)果表明,自由液面對(duì)槳盤(pán)面處軸向伴流的影響很小,且在沒(méi)有自由液面的情況下,計(jì)算結(jié)果收斂的更快。基于之前的計(jì)算分析,對(duì)不考慮自由液面的KCS船的尾流場(chǎng)進(jìn)行計(jì)算,采用SSTk-?模型對(duì)4種不同縮尺比的KCS船的標(biāo)稱伴流場(chǎng)進(jìn)行計(jì)算。并對(duì)不同縮尺比的KCS船在槳盤(pán)面處的伴流分?jǐn)?shù)進(jìn)行分析,計(jì)算結(jié)果表明:在不同半徑處的平均伴流分?jǐn)?shù)的倒數(shù)與雷諾數(shù)對(duì)數(shù)呈正相關(guān);且KCS船在槳盤(pán)面處的伴流峰值隨縮尺比的減小而減小,小尺度船的尺度效應(yīng)更明顯。然后以KCS裸船伴流場(chǎng)的研究為基礎(chǔ),針對(duì)槳盤(pán)面處軸向伴流分布特點(diǎn)來(lái)設(shè)計(jì)一個(gè)不對(duì)稱導(dǎo)管,使得船后伴流整體變得均勻,并對(duì)船-導(dǎo)管的性能進(jìn)行計(jì)算,通過(guò)對(duì)槳盤(pán)面處的伴流分?jǐn)?shù)進(jìn)行分析,發(fā)現(xiàn)在槳盤(pán)面的0~0-80~0及280~0-360~0的范圍內(nèi),不對(duì)稱導(dǎo)管對(duì)該范圍內(nèi)的流體起加速作用;在槳盤(pán)面的90~0-270~0,不對(duì)稱導(dǎo)管對(duì)該范圍內(nèi)的流體起減速作用。對(duì)比發(fā)現(xiàn),安裝不對(duì)稱導(dǎo)管的KCS船確實(shí)可以改善槳盤(pán)面處的伴流,使槳盤(pán)面處的伴流整體變得均勻。最后對(duì)本文設(shè)計(jì)的不對(duì)稱導(dǎo)管和KCS船及KP505槳進(jìn)行計(jì)算,然后分析本文所設(shè)計(jì)的不對(duì)稱導(dǎo)管對(duì)槳盤(pán)面處的流場(chǎng)影響。首先對(duì)KCS船和KP505槳一體的性能進(jìn)行計(jì)算,并將計(jì)算值和試驗(yàn)值進(jìn)行對(duì)比,以驗(yàn)證本文計(jì)算方法的準(zhǔn)確性。然后對(duì)安裝不對(duì)稱導(dǎo)管的船槳進(jìn)行數(shù)值計(jì)算,并對(duì)安裝不對(duì)稱導(dǎo)管的船體性能進(jìn)行分析,還對(duì)不對(duì)稱導(dǎo)管在槳盤(pán)面處軸向伴流進(jìn)行分析,我們發(fā)現(xiàn)不對(duì)稱導(dǎo)管對(duì)槳盤(pán)面上半部分流體起加速作用,對(duì)槳盤(pán)面下半部分流體起減速作用。通過(guò)對(duì)安裝不對(duì)稱導(dǎo)管的船后螺旋槳的脈動(dòng)力進(jìn)行分析,發(fā)現(xiàn)安裝不對(duì)稱導(dǎo)管可以使螺旋槳的推力及轉(zhuǎn)矩的脈動(dòng)幅值變小,從而減小由螺旋槳引起的振動(dòng)。
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工程大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：U664.33
【圖文】：

水流預(yù)旋;。的作用效果都很讓人滿意。例如安裝整流鰭，這也鰭安在螺旋槳前面的船體上，以減少螺旋槳前面旋盤(pán)面處不均勻伴流的措施，其中包括不對(duì)稱船尾船螺旋槳、對(duì)轉(zhuǎn)螺旋槳、導(dǎo)管螺旋槳、無(wú)梢渦螺旋槳、前置導(dǎo)管、導(dǎo)流葉輪以及一些特殊船舶推進(jìn)節(jié)能改善船尾伴流多，作為特種推進(jìn)器之一的導(dǎo)管槳，是由螺旋槳和成的，導(dǎo)管螺旋槳的示意圖如圖 1.1 所示。導(dǎo)管螺會(huì)降低很多，而導(dǎo)管則可以讓螺旋槳有定向的水流產(chǎn)生很大波動(dòng)，并且可以減小尾流的能量損耗，進(jìn)伴流有很明顯的改善。

使螺旋槳盤(pán)面處的伴流分布更加均勻，減少能量損失，以提高螺旋槳效率。其形式如圖2.1（a）。補(bǔ)償導(dǎo)管是通過(guò)對(duì)船后伴流場(chǎng)的研究而研發(fā)的裝置，如圖 2.1（b）。補(bǔ)償導(dǎo)管通常安裝在螺旋槳軸的上方，補(bǔ)償導(dǎo)管并沒(méi)有采用左右對(duì)稱的安裝方式，這樣可以增加來(lái)流的預(yù)旋，使槳盤(pán)面上半部分的流速增加，以使槳盤(pán)面處伴流變得均勻，這樣既可以減少尾流的能量損失，又可以減少船體振動(dòng)和螺旋槳的激振力。扇形導(dǎo)管是安裝在船體和螺旋槳之間的裝置，如圖 2.1（c）。其內(nèi)部導(dǎo)葉的作用是對(duì)螺旋槳前面的來(lái)流起到預(yù)旋的作用，以減少周向伴流對(duì)螺旋槳的影響，外部導(dǎo)管則可以收縮高速伴流區(qū)，以增加螺旋槳前面來(lái)流的流速，將船對(duì)工作在船后的螺旋槳的影響盡可能的降低，從而達(dá)到提高螺旋槳效率的目的。（a）前置導(dǎo)管 （b）補(bǔ)償導(dǎo)管 （c）扇形導(dǎo)管圖 2.1 不同形式的導(dǎo)管雖然導(dǎo)管有如此多的形式，但是根據(jù)其對(duì)流體的影響效果，可分為加速導(dǎo)管和減速導(dǎo)管兩種類型。所謂加速導(dǎo)管，就是流體在流經(jīng)導(dǎo)管腔體內(nèi)部時(shí)，會(huì)以更高的速度通過(guò)螺旋槳盤(pán)面，而減速導(dǎo)管則剛好相反。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的高速發(fā)展，自 20 世紀(jì) 60 年代中期以來(lái)，計(jì)算流體力學(xué)（CFD）技術(shù)，作為數(shù)值模擬方法的一種，相比于傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)方法，以其具有的計(jì)算周期短，

24 0.5 0.21 0.03 10.2 NACA 332125 0.67 0.15 0.03 12.7 NACA 331526 0.5 0.15 0.03 12.7 NACA 331527 0.83 0.15 0.03 12.7 NACA 331528 0.3 0.15 0.03 12.7 NACA 331529 0.5 0.15 0.03 15.2 NACA 331530 0.5 0.15 0.03 10.2 NACA 331531 0.5 0.15 0.05 15.2 NACA 531532 0.5 0.15 0.05 12.7 NACA 531533 0.83 0.15 0.05 12.7 NACA 541534 0.5 0.18 0.03 12.7 NACA 331835 0.83 0.18 0.03 12.7 NACA 331836 0.5 0.18 0.03 15.2 NACA 331837 0.5 0.18 0.03 10.2 NACA 3318其中， 是長(zhǎng)徑比；是厚度比；是拱度比； 是攻角；profile是NACA系列翼型。

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2794952