本文關(guān)鍵詞：吊艙推進(jìn)器水動力性能數(shù)值研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：吊艙推進(jìn)器作為一種新型電力推進(jìn)裝置，在民船、軍船上得到了越來越廣泛的應(yīng)用。隨著CFD計算方法和技術(shù)的不斷進(jìn)步，對其粘流水動力特性進(jìn)行數(shù)值預(yù)報已經(jīng)得到越來越大的發(fā)展。本文采用RANS方法在FLUENT商用軟件中對吊艙推進(jìn)器水動力性能進(jìn)行了數(shù)值研究。 首先對計算模型進(jìn)行了比較研究。在網(wǎng)格依賴性方面，通過計算結(jié)果與試驗的比較以及y+分布的比較，確定合理的邊界層網(wǎng)格厚度。在湍流模型方面，對三種k-ε湍流模型及兩種壁面函數(shù)的計算結(jié)果進(jìn)行了比較，結(jié)果表明采用RNG k-ε及非平衡壁面函數(shù)的計算結(jié)果與模型試驗相比誤差最小。在旋轉(zhuǎn)槳葉的計算模型方面，分別采用準(zhǔn)定常MRF模型、定�；旌厦婺Ｐ图胺嵌ǔ；凭W(wǎng)格模型進(jìn)行了比較計算，結(jié)果表明MRF模型與滑移網(wǎng)格模型得到的水動力更接近。本文還研究了采用MRF模型時槳葉相位角的影響，結(jié)果表明MRF模型推力和扭矩計算值與非定常結(jié)果非常接近，但側(cè)向力計算結(jié)果相差較大。MRF模型并不能完全代替非定常計算，但可以根據(jù)實際需要適當(dāng)采用MRF模型，以節(jié)省計算時間。 其次，本文研究了支架、槳轂間隙對吊艙推進(jìn)器水動力性能的影響。計算結(jié)果表明支架上方流線型阻擋繞流裝置以及支架間隙是否存在對槳葉及推進(jìn)單元的受力影響很小。因此，當(dāng)我們只關(guān)心槳葉以及推進(jìn)單元的性能時，數(shù)值計算中可以忽略上方的流線型阻擋繞流裝置，以使建模及計算得到簡化。槳轂間隙對推進(jìn)器單元水動力及槳葉水動力的影響均很��；槳轂間隙內(nèi)壓力作用于槳轂后端面形成推力，其大小約為槳葉推力的2%~3%；間隙內(nèi)壓力隨間隙寬度的變化和槳轂后端面與槳葉隨邊的距離有關(guān)，當(dāng)該距離保持不變時，間隙內(nèi)壓力隨間隙寬度的增大而降低。與國外公開發(fā)表的試驗結(jié)果的比較表明，本文間隙影響的計算結(jié)果定性正確。 本文還研究了尺度效應(yīng)對吊艙推進(jìn)器水動力性能的影響。對模型尺度和實尺度吊艙推進(jìn)器性能進(jìn)行計算比較，結(jié)果表明與模型尺度相比，，實尺度的吊艙推進(jìn)器上螺旋槳的推力增大，艙體和支架的阻力減小，整個單元的推力增大，而螺旋槳的扭矩減小。其中粘性力的變化是吊艙推進(jìn)器受力變化的主要原因。從艙體及支架周圍的速度分布圖中可以看到，模型尺度吊艙推進(jìn)器的邊界層相對厚度更大一些，而實尺度吊艙推進(jìn)器螺旋槳尾流對吊艙的影響更為明顯。 最后本文計算了在不同斜流角度下的吊艙推進(jìn)器水動力性能。計算得到的吊艙推進(jìn)器水動力性能隨斜流角度的變化規(guī)律與試驗結(jié)果一致，螺旋槳的推力系數(shù)、扭矩系數(shù)及推進(jìn)單元的側(cè)向力系數(shù)隨著斜流角度的增加而增加，而吊艙推進(jìn)器單元的推力系數(shù)則隨斜流角度的增加而減小。而在側(cè)向力上，在船體坐標(biāo)系下螺旋槳的側(cè)向力占主要成分，說明在斜航狀態(tài)下，轉(zhuǎn)船力矩主要來自于螺旋槳推力。
【關(guān)鍵詞】：吊艙推進(jìn)器 水動力性能 間隙影響 尺度效應(yīng) 斜流 CFD
【學(xué)位授予單位】：上海交通大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2013
【分類號】：U664.3;U661.3
【目錄】：

• 摘要6-8
• ABSTRACT8-10
• 目錄10-13
• 第一章 緒論13-22
• 1.1 吊艙推進(jìn)器的發(fā)展概況13-15
• 1.2 吊艙推進(jìn)器的研究現(xiàn)狀15-19
• 1.2.1 吊艙推進(jìn)器的試驗研究15-16
• 1.2.2 吊艙推進(jìn)器的數(shù)值研究16-19
• 1.2.2.1 基于勢流理論的數(shù)值研究16-18
• 1.2.2.2 基于粘流理論的數(shù)值研究18-19
• 1.3 本論文的研究目的與意義19-20
• 1.4 本論文的研究內(nèi)容20-22
• 第二章 數(shù)值計算方法22-34
• 2.1 CFD 數(shù)值方法概述22-29
• 2.1.1 基本控制方程22-23
• 2.1.1.1 質(zhì)量守恒定律（連續(xù)性方程）22
• 2.1.1.2 動量守恒定律（動量方程）22-23
• 2.1.1.3 雷諾平均的 N-S 方程23
• 2.1.2 湍流模型23-27
• 2.1.2.1 Standard k-ε湍流模型24-25
• 2.1.2.2 RNG k-ε湍流模型25
• 2.1.2.3 Realized k-ε湍流模型25-26
• 2.1.2.4 k-ω模型26-27
• 2.1.3 壁面附近流動的處理27-28
• 2.1.4 離散與求解方法28-29
• 2.2 基于 FLUENT 的數(shù)值計算方法29-31
• 2.3 計算模型及邊界條件設(shè)置31-32
• 2.4 本章小結(jié)32-34
• 第三章 計算模型比較研究34-51
• 3.1 網(wǎng)格依賴性研究34-42
• 3.1.1 螺旋槳網(wǎng)格34-38
• 3.1.1.1 網(wǎng)格劃分與模型設(shè)置34-35
• 3.1.1.2 計算結(jié)果和分析35-38
• 3.1.2 吊艙及支架網(wǎng)格38-42
• 3.1.2.1 網(wǎng)格劃分與模型設(shè)置38-40
• 3.1.2.2 計算結(jié)果分析40-42
• 3.2 湍流模型影響研究42-44
• 3.2.1 網(wǎng)格劃分與模型設(shè)置42
• 3.2.2 計算結(jié)果和分析42-44
• 3.3 旋轉(zhuǎn)運(yùn)動計算模型的比較研究44-49
• 3.3.1 混合面、MRF、滑移網(wǎng)格模型計算比較45-46
• 3.3.2 MRF 模型與滑移網(wǎng)格模型的計算比較46-49
• 3.4 本章小結(jié)49-51
• 第四章 間隙影響研究51-63
• 4.1 支架間隙的影響52-57
• 4.1.1 計算模型設(shè)置52
• 4.1.2 計算結(jié)果與分析52-57
• 4.2 槳i柤湎兜撓跋
  
  本文編號：273674
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