本文關鍵詞：船舶螺旋槳敞水性能CFD模擬，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：隨著現(xiàn)代商船的高速化和大型化,螺旋槳的負荷越來越重,加劇了螺旋槳空泡和船舶振動,這已經(jīng)成為螺旋槳設計者日益關心的課題,傳統(tǒng)的方法對螺旋槳性能的研究已經(jīng)不能滿足對于新型船舶螺旋槳的設計需求。計算流體力學(CFD)方法能實現(xiàn)結果的可視化,克服了水池試驗所需要的時間較長,投入的經(jīng)費多等缺點,大大縮短了產品的開發(fā)周期,由于計算結果信息量大,該方法對螺旋槳的空泡和噪聲性能研究提供了較高的參考價值。 本文利用CFD軟件FLUENT對船舶螺旋槳敞水粘性流場進行了數(shù)值計算,首先是利用Pro-E和Gambit對螺旋槳進行三維建模,利用周期性邊界條件對螺旋槳的模型和計算域進行設計。通過計算得到的螺旋槳推力系數(shù)和扭矩系數(shù)的結果與水池試驗圖譜結果吻合較好,平均相對誤差在10%以內,精度滿足工程應用需要。 分別選取標準Κ—ε模型、RNGκ-ε模型、Realizableκ-ε模型、雷諾應力四種湍流模型分別進行了計算。經(jīng)過對比計算,總體上雷諾應力模型的精度比其他三種模型高。并分別對單通道和全通道方法進行了模擬計算,驗證了采用單通道方法計算的可行性,使計算效率得到提高并大大降低了計算時間。 分別對螺旋槳槳葉表面壓力分布和尾流流場進行了考察,初步分析空泡可能出現(xiàn)的位置。通過對尾流場的觀察驗證了強載荷下螺旋槳對流體的抽吸作用增強出現(xiàn)了重荷下的尾流收縮現(xiàn)象,同時也表明徑向誘導速度有隨J增大而減小的趨勢。 利用ITTC(國際船模拖曳水池會議)的推薦規(guī)程對CFD模擬計算結果進行不確定度分析。本文共設計三套網(wǎng)格方案,網(wǎng)格加細比為(?)。計算得到KT的不確定度為0.0262,KQ的不確定度為0.0384；修正后得到的不確定度KT為0.00522,KQ為0.0174。并且推力系數(shù)和扭矩系數(shù)的|Ε|均小于Uv,表明螺旋槳敞水CFD模擬計算結果得以確認,本文應用的網(wǎng)格精度得到的KT,KQ的值是可信的。
【關鍵詞】：船舶螺旋槳 敞水性能 數(shù)值模擬 計算流體力學 不確定度分析
【學位授予單位】：大連海事大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2012
【分類號】：U664.33
【目錄】：

• 摘要7-8
• ABSTRACT8-10
• 第1章 緒論10-18
• 1.1 課題研究背景及意義10-11
• 1.2 國內外對螺旋槳性能的研究現(xiàn)狀11-15
• 1.3 CFD在船舶螺旋槳性能研究中的應用15-17
• 1.3.1 CFD方法的應用現(xiàn)狀15-16
• 1.3.2 國內外利用CFD進行螺旋槳性能研究的發(fā)展現(xiàn)狀16-17
• 1.4 本文主要研究內容17-18
• 第2章 數(shù)值模擬方法及相關理論18-32
• 2.1 流動控制方程18-20
• 2.1.1 連續(xù)性方程18
• 2.1.2 動量守恒方程18-20
• 2.2 湍流模型20-26
• 2.2.1 湍流模型的分類20-21
• 2.2.2 平均雷諾N-S(RANS)方程21-22
• 2.2.3 常用的幾種湍流模型22-26
• 2.3 控制方程的離散26-29
• 2.3.1 離散化方法26-27
• 2.3.2 有限體積法27-28
• 2.3.3 有限體積法中的離散格式28
• 2.3.4 方程的離散28-29
• 2.4 流場數(shù)值計算算法29-32
• 2.4.1 壓力修正法30
• 2.4.2 SIMPLE算法30-32
• 第3章 螺旋槳敞水性能CFD計算32-47
• 3.1 FLUENT簡介32-34
• 3.1.1 FLUENT計算程序結構32-33
• 3.1.2 FLUENT的應用范圍33
• 3.1.3 應用FLUENT程序的求解流程33-34
• 3.2 螺旋槳的模型建立34-39
• 3.2.1 螺旋槳模型數(shù)據(jù)35-36
• 3.2.2 螺旋槳三維建模36-39
• 3.3 計算域的設定39-40
• 3.4 網(wǎng)格生成40-43
• 3.4.1 網(wǎng)格的類型40-41
• 3.4.2 網(wǎng)格生成原則41
• 3.4.3 網(wǎng)格劃分41-43
• 3.5 邊界條件43-46
• 3.5.1 邊界類型43-44
• 3.5.2 MRF模型44-45
• 3.5.3 邊界條件的設置45-46
• 3.6 求解計算46-47
• 第4章 螺旋槳的敞水性能預報與不確定度分析47-71
• 4.1 螺旋槳敞水性能計算47-53
• 4.1.1 計算結果47-49
• 4.1.2 不同湍流模型的應用與計算49-51
• 4.1.3 單通道可行性分析51-52
• 4.1.4 誤差分析52-53
• 4.2 對槳葉和尾流流場分析53-62
• 4.2.1 螺旋槳槳葉表面壓力分布53-57
• 4.2.2 螺旋槳尾流場分析57-62
• 4.3 不確定度分析62-71
• 4.3.1 CFD不確定度基礎概念與理論基礎63-64
• 4.3.2 驗證過程64
• 4.3.3 確認過程64-65
• 4.3.4 螺旋槳敞水CFD不確定度分析65-71
• 第5章 結論和展望71-73
• 5.1 結論71
• 5.2 展望71-73
• 參考文獻73-77
• 致謝77-78

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  本文關鍵詞：船舶螺旋槳敞水性能CFD模擬，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

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本文編號：385727