發(fā)布時(shí)間：2017-08-16 01:04

  本文關(guān)鍵詞：基于復(fù)雜系統(tǒng)建模理論的船用螺旋槳多學(xué)科優(yōu)化設(shè)計(jì)

  更多相關(guān)文章： 船用螺旋槳 復(fù)雜系統(tǒng)建模 多學(xué)科優(yōu)化 敞水效率 數(shù)值模擬

【摘要】：螺旋槳的工作性能對(duì)船舶航運(yùn)業(yè)的發(fā)展起著至關(guān)重要的作用，螺旋槳的研究方法主要分為試驗(yàn)方法和理論方法。與試驗(yàn)研究方法相比，理論研究方法因其周期短、成本低并且能滿足工程精度而成為研究螺旋槳工作性能的重點(diǎn)。隨著計(jì)算機(jī)的快速發(fā)展，研究方法也從理論分析、試驗(yàn)研究擴(kuò)展到了CFD計(jì)算，為更好的設(shè)計(jì)高性能的螺旋槳提供了強(qiáng)有力的工具和方法。 螺旋獎(jiǎng)的敞水效率是影響其工作性能的主要因素。本文首先研究了復(fù)雜系統(tǒng)建模及多學(xué)科優(yōu)化理論，建立船-機(jī)-槳之間的匹配關(guān)系優(yōu)化關(guān)系；通過軟件研究了螺旋槳的三維建模及流域網(wǎng)格的劃分方法；分析了在螺旋槳敞水工作時(shí)的推力、扭矩、敞水效率以及槳葉的壓力分布規(guī)律；最后通過粒子群算法算法對(duì)螺旋槳參數(shù)進(jìn)行了優(yōu)化，使得螺旋槳敞水效率提高了11.36%，船舶主機(jī)燃油節(jié)約10.22%。概括來說，涉及到的工作內(nèi)容如下： 1、研究了復(fù)雜系統(tǒng)建模及多學(xué)科優(yōu)化理論，分析了船-機(jī)-槳之間的運(yùn)動(dòng)關(guān)系，并建立了船-機(jī)-槳匹配優(yōu)化關(guān)系。 2、研究了螺旋槳的三維建模方法和網(wǎng)格劃分方法；在Pro/e中用高級(jí)繪圖命令繪制螺旋槳的型值點(diǎn)曲線，然后用邊界混合及混合形成葉片，最后完成螺旋槳的三維建模；在Gambit中采用四面體網(wǎng)格和六面體網(wǎng)格完成計(jì)算域大流域和小流域網(wǎng)格的劃分。 3、概括性的介紹了CFD計(jì)算需要考慮的問題以及一般的步驟，使用Fluent軟件分析了螺旋槳的敞水效率；研究了螺旋槳在不同進(jìn)速系數(shù)下的推力、扭矩及敞水效率，并將計(jì)算結(jié)果與試驗(yàn)值比較，得出該方法應(yīng)用于工程的可行性。 4、研究了不同進(jìn)速系數(shù)下的螺旋槳槳葉的壓力分布規(guī)律；隨著螺旋槳葉背上壓力的增加，高壓區(qū)域從隨邊向?qū)н厰U(kuò)展并且逐漸趨于平均；螺旋槳葉面的高壓區(qū)域出現(xiàn)在導(dǎo)邊部位和隨邊部位，并且壓力逐漸減小。 5、分析了影響螺旋槳敞水效率的關(guān)鍵參數(shù)，應(yīng)用粒子群優(yōu)化算法，以Matlab為工具對(duì)螺旋槳敞水效率進(jìn)行了參數(shù)優(yōu)化，且粒子群優(yōu)化算法的最優(yōu)解（效率）與數(shù)值模擬計(jì)算的解相差2.54%，，并將優(yōu)化結(jié)果進(jìn)行實(shí)例計(jì)算，使得主機(jī)燃油節(jié)約10.22%，證明了優(yōu)化方法的可行性與優(yōu)化結(jié)果的有效性。
【關(guān)鍵詞】：船用螺旋槳 復(fù)雜系統(tǒng)建模 多學(xué)科優(yōu)化 敞水效率 數(shù)值模擬
【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】：2014
【分類號(hào)】：U664.33
【目錄】：

• 摘要6-7
• Abstract7-13
• 第1章 緒論13-20
• 1.1 課題研究背景及意義13-15
• 1.2 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀15-17
• 1.2.1 多學(xué)科優(yōu)化設(shè)計(jì)國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀15-16
• 1.2.2 螺旋槳優(yōu)化國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀16-17
• 1.3 論文主要研究?jī)?nèi)容與結(jié)構(gòu)17-20
• 1.3.1 研究?jī)?nèi)容17-18
• 1.3.2 文章結(jié)構(gòu)18-20
• 第2章 復(fù)雜系統(tǒng)建模及多學(xué)科優(yōu)化20-29
• 2.1 復(fù)雜系統(tǒng)建模20-22
• 2.1.1 復(fù)雜系統(tǒng)的本質(zhì)及特點(diǎn)20
• 2.1.2 復(fù)雜系統(tǒng)的建模方法20-22
• 2.2 復(fù)雜系統(tǒng)的多學(xué)科優(yōu)化22-24
• 2.2.1 多學(xué)科優(yōu)化設(shè)計(jì)的提出及基本思想22-23
• 2.2.2 面向多學(xué)科優(yōu)化的復(fù)雜系統(tǒng)建模與分析23-24
• 2.3 船舶推進(jìn)系統(tǒng)模型建立與分析24-28
• 2.3.1 船-主機(jī)-螺旋槳運(yùn)動(dòng)關(guān)系25-26
• 2.3.2 船-主機(jī)-螺旋槳匹配優(yōu)化關(guān)系26-28
• 2.4 本章小結(jié)28-29
• 第3章 基于 Pro/e 的螺旋槳三維建模與網(wǎng)格劃分29-42
• 3.1 Pro/e 軟件曲面建模技術(shù)29
• 3.2 螺旋槳三維建模29-34
• 3.2.1 螺旋槳的主要參數(shù)29-30
• 3.2.2 螺旋槳葉片曲面建模30-34
• 3.3 網(wǎng)格劃分軟件 Gambit 介紹34-38
• 3.3.1 網(wǎng)格單元的分類34-35
• 3.3.2 結(jié)構(gòu)網(wǎng)格與非結(jié)構(gòu)網(wǎng)格35
• 3.3.3 壁面和近壁區(qū)網(wǎng)格處理原則35-36
• 3.3.4 網(wǎng)格質(zhì)量評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)36-37
• 3.3.5 網(wǎng)格類型的選擇37-38
• 3.4 計(jì)算流域的網(wǎng)格劃分38-41
• 3.5 利用 Journal file 文件的自動(dòng)網(wǎng)格劃分41
• 3.6 本章小結(jié)41-42
• 第4章 基于 FLUENT 的螺旋槳敞水效率計(jì)算及壓力分布42-63
• 4.1 流體力學(xué)的基本控制方程42-44
• 4.1.1 連續(xù)性方程42-43
• 4.1.2 動(dòng)量方程43-44
• 4.1.3 能量方程44
• 4.2 計(jì)算策略44-50
• 4.2.1 求解方法45-47
• 4.2.2 湍流模型47-48
• 4.2.3 邊界條件的設(shè)定48-50
• 4.2.4 離散格式的選擇50
• 4.3 FLUENT 后處理50-51
• 4.4 FLUENT 中仿真參數(shù)設(shè)置51-55
• 4.5 網(wǎng)格無關(guān)性55-56
• 4.6 采用 Journal 文件的自動(dòng)求解設(shè)置和輸出結(jié)果文件56
• 4.7 螺旋槳敞水效率計(jì)算和壓力分析56-62
• 4.7.1 螺旋槳敞水效率計(jì)算及誤差分析56-60
• 4.7.2 螺旋槳槳葉壓力分析60-62
• 4.8 本章小結(jié)62-63
• 第5章 基于粒子群算法的螺旋槳參數(shù)優(yōu)化設(shè)計(jì)63-76
• 5.1 粒子群算法63-66
• 5.1.1 粒子群算法的研究現(xiàn)狀63-64
• 5.1.2 粒子群優(yōu)化算法的基本原理64-66
• 5.2 基于 MATLAB 對(duì)算法進(jìn)行設(shè)定66-70
• 5.2.1 優(yōu)化函數(shù)的建立66-69
• 5.2.2 算法的實(shí)施69-70
• 5.3 優(yōu)化結(jié)果分析及數(shù)值驗(yàn)證70-74
• 5.4 優(yōu)化實(shí)例74-75
• 5.5 本章小結(jié)75-76
• 第6章 工作總結(jié)與展望76-78
• 6.1 工作總結(jié)76-77
• 6.2 展望77-78
• 參考文獻(xiàn)78-82
• 攻讀碩士學(xué)位期間取得的研究成果82-83
• 致謝83

【參考文獻(xiàn)】

中國(guó)期刊全文數(shù)據(jù)庫 前4條

1 韓明紅;;ICO多學(xué)科設(shè)計(jì)優(yōu)化方法[J];北京航空航天大學(xué)學(xué)報(bào);2007年08期

2 王廣東,楊麗,余建星;基于改進(jìn)進(jìn)化算法的螺旋槳設(shè)計(jì)方法研究[J];船舶工程;2004年02期

3 陳彥勇;夏雨;;螺旋槳三維建模方法探討[J];船舶工程;2006年01期

4 朱文彪,孫增圻,常佶,陳偉基;多輸入多輸出復(fù)雜過程的模糊建模[J];清華大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版);2001年01期

本文編號(hào)：680697