本文關鍵詞：船用螺旋槳優(yōu)化設計及參數(shù)研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】： 隨著船舶工業(yè)的發(fā)展,船舶的安全、節(jié)能、環(huán)保等性能日益受到重視,螺旋槳作為目前船舶最常用的推進裝置,其性能設計尤為關鍵;而隨著船舶向大型化、高速化發(fā)展,對螺旋槳綜合性能的要求也在日益提高�，F(xiàn)代船用螺旋槳設計必須在追求推進效率的同時,盡可能避免槳葉在復雜的船尾流場中產(chǎn)生空泡,從而減小螺旋槳誘導的船體振動及噪聲,避免槳葉剝蝕,延長使用壽命,提高船舶安全性與舒適性。傳統(tǒng)的螺旋槳理論和設計方法主要考慮推進效率,較難兼顧空泡振動等要求。 對于復雜的工程設計問題,優(yōu)化設計技術能夠在諸多相互制約的限制條件中找到符合要求的最優(yōu)方案,因此,該技術在螺旋槳設計中的應用日益受到人們的重視。本文首先以某集裝箱船五葉槳為對象,基于螺旋槳水動力性能的升力面理論預報程序,應用iSIGHT軟件進行指定負荷分布形式下槳葉螺距與拱度的優(yōu)化設計研究,并對設計結果進行粘流CFD計算驗證。CFD計算表明:通過指定適當?shù)南蚁蜇摵煞植夹问?可以在保證推力與效率的同時使槳葉表面壓力分布更加均勻,從而推遲槳葉空化,提高螺旋槳空泡性能。 螺旋槳的螺距、拱度、側斜、縱傾等幾何參數(shù)與槳葉負荷分布及水動力性能密切相關,但無法定量描述,而這些關系對優(yōu)化設計至關重要。通過模型試驗進行螺旋槳參數(shù)與性能之間的關系研究成本非常高。隨著CFD技術的發(fā)展,通過求解RANS方程模擬螺旋槳性能、壓力分布及周圍流場的技術日趨成熟。為此本文以某七葉槳為對象,通過改變原槳幾何參數(shù)進行CFD計算,較為系統(tǒng)地研究了部分參數(shù)對槳葉水動力性能、壓力分布及周圍流場的影響,并最終提出兩個優(yōu)化設計方案,在上海交通大學拖曳水池及空泡水筒中實施了敞水性能及空泡初生的模型試驗。試驗結果驗證了本文CFD預報的準確性,并且表明:新槳在推力、效率、空泡性能方面均優(yōu)于原槳,適當?shù)娜~梢縱傾分布有助于進一步改進空泡性能,但對效率略有不利。
【關鍵詞】：螺旋槳 優(yōu)化設計 渦格法 CFD
【學位授予單位】：上海交通大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2009
【分類號】：U664.33
【目錄】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-9
• 第一章 緒論9-15
• 1.1 概述9-10
• 1.2 螺旋槳優(yōu)化設計及參數(shù)研究的現(xiàn)狀10-13
• 1.2.1 螺旋槳設計方法簡述10-11
• 1.2.2 螺旋槳優(yōu)化設計研究11-12
• 1.2.3 螺旋槳參數(shù)研究12-13
• 1.3 本論文的主要工作13-15
• 第二章 數(shù)值計算方法15-28
• 2.1 優(yōu)化軟件與算法15-20
• 2.1.1 iSIGHT 軟件簡介15-17
• 2.1.2 廣義既約梯度法17-19
• 2.1.3 非線性序列二次規(guī)劃法19-20
• 2.2 螺旋槳升力面理論預報方法20-23
• 2.2.1 坐標系定義20
• 2.2.2 槳葉幾何形狀的表達20-21
• 2.2.3 槳葉離散格式21
• 2.2.4 尾渦模型21-22
• 2.2.5 離散方程22
• 2.2.6 水動力計算22-23
• 2.3 螺旋槳性能的CFD 預報方法23-27
• 2.3.1 控制方程24-25
• 2.3.2 湍流模型25
• 2.3.3 數(shù)值算法25-26
• 2.3.4 敞水螺旋槳CFD 計算方法26-27
• 2.4 本章小結27-28
• 第三章 螺距與拱度的優(yōu)化設計研究28-42
• 3.1 優(yōu)化設計方法29-33
• 3.1.1 優(yōu)化問題29-31
• 3.1.2 優(yōu)化流程31-33
• 3.2 優(yōu)化算例33-37
• 3.2.1 優(yōu)化對象及其性能分析33-35
• 3.2.2 優(yōu)化結果35-37
• 3.3 優(yōu)化結果的CFD 驗證37-40
• 3.4 本章小結40-42
• 第四章 槳葉參數(shù)與性能關系的數(shù)值研究42-59
• 4.1 槳葉參數(shù)與性能關系的定性討論42-45
• 4.2 基于CFD 的參數(shù)研究方法45-46
• 4.3 參數(shù)研究的過程46-57
• 4.3.1 原型槳CFD 計算分析及參數(shù)調整方案46-47
• 4.3.2 翼型修改47-49
• 4.3.3 側斜、縱傾及弦長的調整49-51
• 4.3.4 螺距、拱度及弦長的調整51-54
• 4.3.5 槳葉厚度修正54-55
• 4.3.6 葉梢縱傾的調整55-57
• 4.4 本章小結57-59
• 第五章 槳葉參數(shù)與性能關系的試驗研究59-72
• 5.1 試驗模型59-60
• 5.2 敞水試驗60-65
• 5.2.1 試驗目的60
• 5.2.2 試驗原理60-61
• 5.2.3 試驗設備61
• 5.2.4 試驗方法61-62
• 5.2.5 試驗結果與分析62-65
• 5.3 空泡初生試驗65-71
• 5.3.1 試驗目的65
• 5.3.2 試驗原理65-66
• 5.3.3 試驗設備66
• 5.3.4 試驗方法66-67
• 5.3.5 試驗結果與分析67-71
• 5.4 本章小結71-72
• 第六章 總結與展望72-74
• 參考文獻74-77
• 致謝77-78
• 攻讀學位期間發(fā)表的學術論文78-79
• 上海交通大學學位論文答辯決議書79

【引證文獻】

中國重要會議論文全文數(shù)據(jù)庫 前1條

1 王超;何苗;周劍;常欣;黃勝;;側斜與縱傾對螺旋槳水動力性能的影響分析[A];第二十三屆全國水動力學研討會暨第十屆全國水動力學學術會議文集[C];2011年

中國碩士學位論文全文數(shù)據(jù)庫 前4條

1 馬艷;導管螺旋槳的水動力性能分析與設計優(yōu)化[D];哈爾濱工程大學;2010年

2 張振江;船舶CFD網(wǎng)格自動生成技術的開發(fā)及其應用[D];上海交通大學;2011年

3 伍紹博;船舶在波浪中操縱及其控制系統(tǒng)研究[D];上海交通大學;2010年

4 王同蘇;深海無人潛器高效推進器的設計研究[D];哈爾濱工程大學;2012年

  本文關鍵詞：船用螺旋槳優(yōu)化設計及參數(shù)研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

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本文編號：326802