【摘要】：隨著全球環(huán)境問(wèn)題的突出,節(jié)能減排技術(shù)顯得越發(fā)重要,船舶行業(yè)作為高耗能行業(yè)面臨著嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。螺旋槳作為船舶推進(jìn)的重要裝置且作為船舶主要的能耗之一,其性能的提高對(duì)于降低能耗提高船舶節(jié)能效果具有重要意義,而如何提高螺旋槳的性能成為當(dāng)前研究的重要課題。針對(duì)本文所研究螺旋槳對(duì)象,以提高螺旋槳性能為目的,加裝轂帽鰭裝置并求解鰭葉參數(shù)最優(yōu)方案。采用逆向建模和正向建模結(jié)合的方式,Geomagic Design X、Geomagic Qualify和UG相互配合獲得螺旋槳以及轂帽鰭三維模型;對(duì)所研究螺旋槳建立合適的計(jì)算域和網(wǎng)格劃分方案,借助CFX軟件求解加鰭前后螺旋槳性能并分析性能變化規(guī)律、壓強(qiáng)分布和流場(chǎng)變化;以優(yōu)化設(shè)計(jì)理論為基礎(chǔ),鰭葉安裝角、半徑、軸向距離為設(shè)計(jì)變量,螺旋槳推力系數(shù)和效率最大為目標(biāo),設(shè)計(jì)變量的取值范圍為約束范圍,建立優(yōu)化數(shù)學(xué)模型,借助Workbench響應(yīng)面優(yōu)化模塊,以BBD方法得到的設(shè)計(jì)點(diǎn)為基礎(chǔ)建立響應(yīng)面模型,在此基礎(chǔ)上,選擇遺傳算法求解轂帽鰭設(shè)計(jì)變量最優(yōu)值。通過(guò)分析得出以下結(jié)論:(1)隨著進(jìn)速系數(shù)的增大,螺旋槳推力系數(shù)和扭矩系數(shù)逐漸減小,效率先增后減;(2)加鰭后推力系數(shù)在低進(jìn)速下有所增加,扭矩系數(shù)均明顯變小,效率在低進(jìn)速下增益明顯,最大增益為3.851%,在高進(jìn)速下增益下降,總體來(lái)講,效率增益在2%~4%之間,在低速重載或存在較大轂渦時(shí)效率增益更大,性能提高更加明顯;(3)鰭葉產(chǎn)生負(fù)扭矩,降低整個(gè)螺旋槳旋轉(zhuǎn)所需的扭矩,提高螺旋槳效率;鰭葉打散、削弱轂渦,提高槳轂后端壓力,增加螺旋槳整體推力,提高效率;(4)設(shè)計(jì)變量安裝角為影響最大的因素,半徑和軸向距離的影響較小;(5)響應(yīng)面顯示了變量和目標(biāo)之間的變化規(guī)律;(6)基于響應(yīng)面的多目標(biāo)優(yōu)化得到滿足要求的鰭葉優(yōu)化方案:半徑r/R為0.26,軸向距離為71mm,安裝角為68°。文章以正逆向建模結(jié)合的方式獲得螺旋槳和轂帽鰭模型,為類似模型的建立提供了一種可行方案;采用CFD方法求解螺旋槳性能不僅準(zhǔn)確方便而且可以獲得豐富的模擬結(jié)果,對(duì)螺旋槳性能的研究具有重要意義;提出一種基于響應(yīng)面的遺傳算法求解轂帽鰭最優(yōu)參數(shù)的方法,為轂帽鰭的設(shè)計(jì)研究提供了一種參考方案。總體來(lái)講,建立螺旋槳與轂帽鰭裝置的匹配關(guān)系后能明顯改善螺旋槳的性能,從而降低船舶能耗。
【學(xué)位授予單位】：江蘇科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號(hào)】：U664.33

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本文編號(hào)：2802909