船用噴水推進(jìn)器具有抗空化能力強(qiáng)、機(jī)動(dòng)性好、噪音低、阻力與振動(dòng)小等優(yōu)點(diǎn),在高速客渡船以及軍用高性能艦船上有著廣泛的應(yīng)用。目前,國(guó)內(nèi)外對(duì)于噴水推進(jìn)器的研究逐漸趨于成熟,但對(duì)于噴水推進(jìn)器倒車水斗的研究還比較罕見,而傳統(tǒng)倒車水斗的水力性能較差,倒車效率較低,嚴(yán)重威脅到船舶航行的安全性。因此,本文對(duì)噴水推進(jìn)器倒車水斗內(nèi)部流場(chǎng)流動(dòng)特性進(jìn)行研究,并對(duì)其導(dǎo)流板的結(jié)構(gòu)參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì),以提高倒車水斗的水力特性。本文的主要研究工作和成果如下:(1)對(duì)噴水推進(jìn)器倒車水斗進(jìn)行三維建模,并對(duì)各計(jì)算域進(jìn)行結(jié)構(gòu)網(wǎng)格劃分以及網(wǎng)格無關(guān)性驗(yàn)證�；贑FD軟件對(duì)不同進(jìn)口流速下噴水推進(jìn)器倒車水斗進(jìn)行定常數(shù)值計(jì)算,對(duì)比發(fā)現(xiàn)數(shù)值模擬得到的推力性能曲線與試驗(yàn)數(shù)據(jù)吻合較好,說明數(shù)值模擬研究倒車水斗的水力特性具有較好的準(zhǔn)確性與可靠性;受離心力的影響,在流道轉(zhuǎn)彎處的壓力梯度以及能量損失較大,流動(dòng)較為紊亂;受卷吸環(huán)境流的影響,使得流道內(nèi)速度場(chǎng)以及壓力場(chǎng)分布很不均勻。(2)采用控制變量的方法,分別對(duì)不同結(jié)構(gòu)參數(shù)下的倒車水斗模型進(jìn)行數(shù)值模擬,對(duì)比分析導(dǎo)流板不同結(jié)構(gòu)參數(shù)對(duì)倒車水斗內(nèi)部流場(chǎng)以及推力性能的影響。結(jié)果表明:導(dǎo)流板安放角過大或者過小都不利于流道內(nèi)流場(chǎng)的分布;推力隨著導(dǎo)流板基點(diǎn)安放距離以及導(dǎo)流板厚度的減小而增大。(3)對(duì)噴水推進(jìn)器倒車水斗模型分別進(jìn)行氣液兩相定常和非定常數(shù)值計(jì)算,分析不同進(jìn)口含氣率下倒車水斗流道內(nèi)氣液兩相分布變化規(guī)律,并探究其對(duì)倒車水斗性能的影響。結(jié)果表明:由于流道大角度彎曲的影響,氣體主要分布在流道內(nèi)側(cè),水體主要分布在流道外側(cè);在氣相濃度較高處湍動(dòng)能值較大并且會(huì)產(chǎn)生旋渦,適當(dāng)?shù)臍怏w含量可以有效的提高倒車水斗的推動(dòng)效率。(4)在倒車水斗導(dǎo)流板原設(shè)計(jì)模型的基礎(chǔ)上,基于Box-Behnken Design試驗(yàn)設(shè)計(jì)和響應(yīng)曲面法對(duì)噴水推進(jìn)器倒車水斗進(jìn)行多目標(biāo)優(yōu)化設(shè)計(jì),通過對(duì)優(yōu)化模型的顯著性進(jìn)行檢驗(yàn),說明使用響應(yīng)曲面法對(duì)倒車水斗進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)是可行的。優(yōu)化結(jié)果表明:相較于原模型,水斗流道內(nèi)流場(chǎng)的分布得到了明顯的改善,推力提高了約2.5%;水斗壁面的最大壓力從133465Pa降低到了127468Pa,減小了約4.5%,有效地提高了倒車水斗的水力特性。
【學(xué)位單位】：江蘇大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2019
【中圖分類】：U664.34
【部分圖文】：

背景及意義噴水推進(jìn)技術(shù)的快速發(fā)展以及“中國(guó)制造 2025”的提出，海洋工能船舶已經(jīng)成為我國(guó)一項(xiàng)重要的課題。船用噴水推進(jìn)器具有抗空化性好、噪音低、阻力與振動(dòng)小、淺水航行時(shí)有較強(qiáng)的適應(yīng)性、高速等優(yōu)點(diǎn)，在高速客渡船以及軍用高性能艦船上有著廣泛的應(yīng)用[1-主要由進(jìn)水流道、噴水推進(jìn)泵、轉(zhuǎn)向噴嘴、倒車水斗、液壓與控制圖 1.1 所示。噴水推進(jìn)是不同于傳統(tǒng)螺旋槳的一種特殊推進(jìn)方式，機(jī)帶動(dòng)噴泵葉輪轉(zhuǎn)動(dòng)，從船底進(jìn)水流道吸入水流，經(jīng)過葉輪做功使的噴嘴噴射出，產(chǎn)生反作用力推動(dòng)船體往前運(yùn)動(dòng)[5]。通過操舵系統(tǒng)的角度，改變噴射水流的方向?qū)崿F(xiàn)船舶矢量轉(zhuǎn)彎；通過倒航系統(tǒng)控收放，使得射流折回產(chǎn)生向后作用力實(shí)現(xiàn)倒船的功能。

江 蘇 大 學(xué) 碩 士 學(xué) 位 論 文分界面隨波動(dòng)的方向呈現(xiàn)波浪形。又稱段塞流。隨著進(jìn)氣量的進(jìn)一步增大，兩相打濕管道的上壁面，從而導(dǎo)致氣相被液相分割頂部流動(dòng)。在管道中部氣體夾雜著液滴、液霧形成霧狀流液膜沿著管道壁面向前流動(dòng)。進(jìn)氣量繼續(xù)增大，導(dǎo)致氣柱與管道壁面之間的

圖 2.2 響應(yīng)曲面法設(shè)計(jì)流程圖Fig.2.2 Flow chart of design based on the response surface method.4 本章小結(jié)（1）著重介紹了數(shù)值計(jì)算控制方程與不同的湍流模型，通過對(duì)比不同湍型的優(yōu)缺點(diǎn)，最終確定本文研究所使用的湍流模型。（2）對(duì)氣液兩相流的基礎(chǔ)知識(shí)進(jìn)行了介紹，主要包括氣液兩相流特定參定義以及計(jì)算公式，管道內(nèi)氣液兩相流動(dòng)的不同流型，為后續(xù)開展噴水推進(jìn)車水斗氣液兩相流研究提供了理論依據(jù)。（3）介紹了優(yōu)化設(shè)計(jì)的基本理論，并對(duì)響應(yīng)曲面優(yōu)化法進(jìn)行了概述，結(jié)水推進(jìn)器倒車水斗的優(yōu)化目標(biāo)以及響應(yīng)要求，選擇可以同時(shí)滿足多個(gè)響應(yīng)目響應(yīng)曲面優(yōu)化方法對(duì)其進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。
【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前10條

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本文編號(hào)：2859787