本文關鍵詞：基于數(shù)值方法模擬螺旋槳誘導的脈動壓力

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【摘要】：船舶的振動問題一直是一個人們非常關注的問題,振動會帶來一系列的不良影響,甚至破壞船體結(jié)構(gòu)。據(jù)統(tǒng)計有大約70%的船體振動是由螺旋槳引起,多年來,由螺旋槳誘導的脈動壓力始終成為關注的對象。對于脈動壓力的研究,傳統(tǒng)的理論方法過于繁雜,應用性不強；模型試驗受限于環(huán)境導致耗資甚巨；經(jīng)驗公式法又存在較大的局限性。計算流體力學(CFD)作為一門新分支在流體的模擬問題上開辟了新的道路。電子計算機性能的飛速升級,加之理論的持續(xù)完善,CFD方法的優(yōu)勢慢慢顯露。本文將使用CFD方法模擬船尾部的流場,并提取出各種相關信息,對螺旋槳引起的脈動壓力進行預估。本文首先對數(shù)值計算方法進行了可行性的檢驗,模擬了目前相對已經(jīng)比較成熟的螺旋槳敞水性能。模擬中分別采用了標準k-ε, RNG k-δ和雷諾應力三種湍流模型進行對比。計算的結(jié)果與螺旋槳敞水圖譜進行對比,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流場中多種信息的優(yōu)點。之后對受船體影響的螺旋槳實現(xiàn)了瞬態(tài)的數(shù)值模擬,模擬了整個船尾部流場。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力性能；通過預設的監(jiān)測點可以對流場中任意位置壓強進行實時監(jiān)測,從而整理出螺旋槳誘導的脈動壓力的波動曲線,并通過快速傅里葉變換分析其各頻率下的成分組成。通過改變轉(zhuǎn)速和船舶速度對比轉(zhuǎn)速和速度對脈動壓力幅值的影響。最后,又計算模擬了槳-舵互相影響下的船舶尾部流場,得到監(jiān)測點的脈動壓力值,討論了舵的存在對脈動壓力的影響。
【關鍵詞】：螺旋槳 計算流體力學 湍流模型 脈動壓力 快速傅里葉變換
【學位授予單位】：大連理工大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：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 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀9-15
• 1.3.1 理論預報方法9-11
• 1.3.2 實船和模型試驗方法11-14
• 1.3.3 經(jīng)驗公式預報方法14
• 1.3.4 數(shù)值模擬預報方法14-15
• 1.4 論文的主要工作內(nèi)容15-16
• 2 脈動壓力的預報方法16-27
• 2.1 螺旋槳激振力的組成16-19
• 2.2 理論計算方法19
• 2.3 經(jīng)驗公式計算方法19-25
• 2.4 試驗方法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27-44
• 3.1 計算流體力學基本方程27-29
• 3.2 雷諾時均法基本理論29-34
• 3.2.1 湍流模型29-32
• 3.2.2 離散方法32
• 3.2.3 流場迭代求解方法32-34
• 3.3 螺旋槳敞水性能數(shù)值計算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 計算條件設置38-39
• 3.3.4 數(shù)值計算結(jié)果39-43
• 3.4 本章小結(jié)43-44
• 4 螺旋槳誘導的船體脈動壓力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 計算預處理47-49
• 4.3.1 模擬條件的設置47-48
• 4.3.2 監(jiān)測點的設置48-49
• 4.3.3 計算工況的設置49
• 4.4 計算結(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 尾部不同位置脈動壓力的分布53-56
• 4.4.3 速度對脈動壓力影響56-58
• 4.4.4 螺旋槳轉(zhuǎn)速對脈動壓力影響58-60
• 4.5 本章小結(jié)60-61
• 5 考慮槳舵影響的脈動壓力分析61-70
• 5.1 計算預處理61-62
• 5.2 舵的干擾作用62-65
• 5.2.1 舵對螺旋槳性能的影響62
• 5.2.2 舵表面壓強分布及尾流場變化62-64
• 5.2.3 舵影響下螺旋槳誘導的脈動壓力64-65
• 5.3 舵角改變對流場影響65-68
• 5.3.1 舵角對螺旋槳影響65-66
• 5.3.2 舵表面壓強分布及尾流場的變化66-67
• 5.3.3 舵角改變對脈動壓力的影響67-68
• 5.4 本章小結(jié)68-70
• 結(jié)論與展望70-72
• 參考文獻72-75
• 附錄A 不同速度下脈動壓力曲線75-77
• 附錄B 不同轉(zhuǎn)速下脈動壓力曲線77-79
• 附錄C 不同舵角下脈動壓力曲線79-81
• 攻讀碩士學位期間發(fā)表學術(shù)論文情況81-82
• 致謝82-83

【參考文獻】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前3條

1 王蒙蒙;趙德有;;螺旋槳誘導的船體表面力預報新方法[J];船舶力學;2006年04期

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

3 羅柏華,劉宇陸;湍流邊界層流場與噪聲實驗研究[J];實驗力學;2001年04期

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本文編號：817633