本文關(guān)鍵詞：基于數(shù)值方法模擬螺旋槳誘導(dǎo)的脈動(dòng)壓力

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【摘要】：船舶的振動(dòng)問(wèn)題一直是一個(gè)人們非常關(guān)注的問(wèn)題,振動(dòng)會(huì)帶來(lái)一系列的不良影響,甚至破壞船體結(jié)構(gòu)。據(jù)統(tǒng)計(jì)有大約70%的船體振動(dòng)是由螺旋槳引起,多年來(lái),由螺旋槳誘導(dǎo)的脈動(dòng)壓力始終成為關(guān)注的對(duì)象。對(duì)于脈動(dòng)壓力的研究,傳統(tǒng)的理論方法過(guò)于繁雜,應(yīng)用性不強(qiáng)；模型試驗(yàn)受限于環(huán)境導(dǎo)致耗資甚巨；經(jīng)驗(yàn)公式法又存在較大的局限性。計(jì)算流體力學(xué)(CFD)作為一門(mén)新分支在流體的模擬問(wèn)題上開(kāi)辟了新的道路。電子計(jì)算機(jī)性能的飛速升級(jí),加之理論的持續(xù)完善,CFD方法的優(yōu)勢(shì)慢慢顯露。本文將使用CFD方法模擬船尾部的流場(chǎng),并提取出各種相關(guān)信息,對(duì)螺旋槳引起的脈動(dòng)壓力進(jìn)行預(yù)估。本文首先對(duì)數(shù)值計(jì)算方法進(jìn)行了可行性的檢驗(yàn),模擬了目前相對(duì)已經(jīng)比較成熟的螺旋槳敞水性能。模擬中分別采用了標(biāo)準(zhǔn)k-ε, RNG k-δ和雷諾應(yīng)力三種湍流模型進(jìn)行對(duì)比。計(jì)算的結(jié)果與螺旋槳敞水圖譜進(jìn)行對(duì)比,得出了最適合的湍流模型,并繪制出數(shù)值模擬得出的螺旋槳敞水性能曲線,驗(yàn)證了CFD數(shù)值方法的可靠性。之后還分析了螺旋槳表面壓力分布和尾流分布情況,體現(xiàn)了數(shù)值模擬可以獲取整個(gè)流場(chǎng)中多種信息的優(yōu)點(diǎn)。之后對(duì)受船體影響的螺旋槳實(shí)現(xiàn)了瞬態(tài)的數(shù)值模擬,模擬了整個(gè)船尾部流場(chǎng)。根據(jù)得到的信息可以提取出槳在船體影響作用下的各種動(dòng)力性能；通過(guò)預(yù)設(shè)的監(jiān)測(cè)點(diǎn)可以對(duì)流場(chǎng)中任意位置壓強(qiáng)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè),從而整理出螺旋槳誘導(dǎo)的脈動(dòng)壓力的波動(dòng)曲線,并通過(guò)快速傅里葉變換分析其各頻率下的成分組成。通過(guò)改變轉(zhuǎn)速和船舶速度對(duì)比轉(zhuǎn)速和速度對(duì)脈動(dòng)壓力幅值的影響。最后,又計(jì)算模擬了槳-舵互相影響下的船舶尾部流場(chǎng),得到監(jiān)測(cè)點(diǎn)的脈動(dòng)壓力值,討論了舵的存在對(duì)脈動(dòng)壓力的影響。
【關(guān)鍵詞】：螺旋槳 計(jì)算流體力學(xué) 湍流模型 脈動(dòng)壓力 快速傅里葉變換
【學(xué)位授予單位】：大連理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類(lèi)號(hào)】：U661.44;U664.33
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-8
• 1 緒論8-16
• 1.1 研究背景8
• 1.2 研究的目的和意義8-9
• 1.3 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀9-15
• 1.3.1 理論預(yù)報(bào)方法9-11
• 1.3.2 實(shí)船和模型試驗(yàn)方法11-14
• 1.3.3 經(jīng)驗(yàn)公式預(yù)報(bào)方法14
• 1.3.4 數(shù)值模擬預(yù)報(bào)方法14-15
• 1.4 論文的主要工作內(nèi)容15-16
• 2 脈動(dòng)壓力的預(yù)報(bào)方法16-27
• 2.1 螺旋槳激振力的組成16-19
• 2.2 理論計(jì)算方法19
• 2.3 經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算方法19-25
• 2.4 試驗(yàn)方法25-26
• 2.5 本章小結(jié)26-27
• 3 CFD方法與螺旋槳敞水性能檢驗(yàn)27-44
• 3.1 計(jì)算流體力學(xué)基本方程27-29
• 3.2 雷諾時(shí)均法基本理論29-34
• 3.2.1 湍流模型29-32
• 3.2.2 離散方法32
• 3.2.3 流場(chǎng)迭代求解方法32-34
• 3.3 螺旋槳敞水性能數(shù)值計(jì)算34-43
• 3.3.1 幾何模型的建立34-36
• 3.3.2 網(wǎng)格的劃分36-38
• 3.3.3 計(jì)算條件設(shè)置38-39
• 3.3.4 數(shù)值計(jì)算結(jié)果39-43
• 3.4 本章小結(jié)43-44
• 4 螺旋槳誘導(dǎo)的船體脈動(dòng)壓力44-61
• 4.1 幾何模型的建立44-45
• 4.2 網(wǎng)格的劃分45-47
• 4.3 計(jì)算預(yù)處理47-49
• 4.3.1 模擬條件的設(shè)置47-48
• 4.3.2 監(jiān)測(cè)點(diǎn)的設(shè)置48-49
• 4.3.3 計(jì)算工況的設(shè)置49
• 4.4 計(jì)算結(jié)果分析49-60
• 4.4.1 船體和螺旋槳壓力及尾流情況49-53
• 4.4.2 尾部不同位置脈動(dòng)壓力的分布53-56
• 4.4.3 速度對(duì)脈動(dòng)壓力影響56-58
• 4.4.4 螺旋槳轉(zhuǎn)速對(duì)脈動(dòng)壓力影響58-60
• 4.5 本章小結(jié)60-61
• 5 考慮槳舵影響的脈動(dòng)壓力分析61-70
• 5.1 計(jì)算預(yù)處理61-62
• 5.2 舵的干擾作用62-65
• 5.2.1 舵對(duì)螺旋槳性能的影響62
• 5.2.2 舵表面壓強(qiáng)分布及尾流場(chǎng)變化62-64
• 5.2.3 舵影響下螺旋槳誘導(dǎo)的脈動(dòng)壓力64-65
• 5.3 舵角改變對(duì)流場(chǎng)影響65-68
• 5.3.1 舵角對(duì)螺旋槳影響65-66
• 5.3.2 舵表面壓強(qiáng)分布及尾流場(chǎng)的變化66-67
• 5.3.3 舵角改變對(duì)脈動(dòng)壓力的影響67-68
• 5.4 本章小結(jié)68-70
• 結(jié)論與展望70-72
• 參考文獻(xiàn)72-75
• 附錄A 不同速度下脈動(dòng)壓力曲線75-77
• 附錄B 不同轉(zhuǎn)速下脈動(dòng)壓力曲線77-79
• 附錄C 不同舵角下脈動(dòng)壓力曲線79-81
• 攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表學(xué)術(shù)論文情況81-82
• 致謝82-83

【參考文獻(xiàn)】

中國(guó)期刊全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前3條

1 王蒙蒙;趙德有;;螺旋槳誘導(dǎo)的船體表面力預(yù)報(bào)新方法[J];船舶力學(xué);2006年04期

2 馮學(xué)梅;陳鳳明;蔡榮泉;;使用Fluent軟件的螺旋槳敞水性能計(jì)算和考察[J];船舶;2006年01期

3 羅柏華,劉宇陸;湍流邊界層流場(chǎng)與噪聲實(shí)驗(yàn)研究[J];實(shí)驗(yàn)力學(xué);2001年04期

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本文編號(hào)：817633