考虑升沉运动的螺旋桨水动力性能计算

论文摘要

波浪中航行的船舶,由于外界环境的影响会导致其相对于静水中阻力增加,螺旋桨推进性能降低,从而导致实际航速比预计的要低。从性能设计的技术角度来看,对船舶在波浪中推进性能的研究是非常必要的。而在波浪中螺旋桨水动力性能的研究,是研究推进性能中很重要的方面之一。本文则是通过阅读和整理相关螺旋桨在波浪中推进性能的资料,采用流体力学软件FLUENT对螺旋桨水动力性能变化问题进行了研究。首先是采用FLUENT软件,对螺旋桨在静水中的水动力问题进行了研究。通过对同一个几何模型进行三种不同湍流模型的比较计算,将计算的结果与实验测得的结果进行比较和分析,得出针对螺旋桨旋转流动,采用RSM湍流模型计算精度较为合理的结论,为后面的计算奠定基础。然后,对目前相关的数值造波的方法进行了分析和研究。计算采用FLUENT中的UDF函数来设定流场入口的边界条件,生成微幅的规则波浪,为后面的相关研究做好准备。最后,将波浪中螺旋桨的水动力性能问题简化为由于波浪引起桨轴升沉变化和波浪的绕射干扰两方面。对螺旋桨旋转加升沉的问题采用了FLUENT中动网格和滑移网格相结合的技术进行了仿真计算,并与程序的计算值进行了比较和误差分析。对于由于波浪绕射产生的影响,本文对其目前模型和网格划分问题也进行了论述并对相关问题提出了建议。总之,本文对考虑升沉运动的螺旋桨水动力问题进行了相关研究,计算的结果为实际工程应用提供参考和依据。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 静水中螺旋桨的相关研究
• 1.3 波浪中螺旋桨的相关研究
• 1.4 CFD技术的发展及在船舶领域的应用
• 1.4.1 计算流体力学的发展
• 1.4.2 计算流体力学在工程中的应用
• 1.5 本论文的主要工作
• 第2章 基于CFD的敞水桨水动力性能研究
• 2.1 CFD的数值模拟理论基础
• 2.1.1 数值模拟的方法及分类
• 2.1.2 FVM的基本思想与求解方法
• 2.1.3 湍流模型的模拟方法与分类
• 2.1.4 不同旋转模型的分类
• 2.2 仿真计算的湍流模型和选取
• 2.2.1 标准k-ε模型
• 2.2.2 RNG k-ε模型
• 2.3.3 雷诺应力模型
• 2.3 螺旋桨计算模型的建立
• 2.4 网格的生成及边界条件的设定问题
• 2.5 计算结果的归纳和分析
• 2.5.1 不同湍流模型下螺旋桨敞水性能的比较
• 2.5.2 螺旋桨桨叶表面压力分布
• 2.5.3 螺旋桨尾流分布
• 2.5.4 计算误差的分析
• 2.6 本章小结
• 第3章 线性微幅波浪的数值模拟
• 3.1 概述
• 3.2 数值模拟波浪的方法
• 3.3 采用UDF生成波浪的理论基础
• 3.3.1 UDF的简介
• 3.3.2 流体体积函数（VOF）方法
• 3.3.3 波浪中流体质点运动速度和轨迹
• 3.4 线性微幅波浪的生成
• 3.4.1 模型的建立及网格的划分
• 3.4.2 UDF的编写及计算参数的设置
• 3.5 仿真计算的结果和分析
• 3.6 本章小结
• 第4章 微幅波浪中螺旋桨水动力性能的研究
• 4.1 概述
• 4.2 微幅波浪中螺旋桨简化理论
• 4.2.1 螺旋桨由于辐射导致的水动力性能的变化
• 4.2.2 螺旋桨由于绕射导致水动力性能的变化
• 4.3 FLUENT滑移网格及动网格技术
• 4.3.1 滑动网格技术
• 4.3.2 动网格模型技术
• 4.4 桨轴升沉运动导致水动力性能的变化
• 4.5 波浪绕射产生的水动力性能的变化的相关问题
• 4.6 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果
• 致谢
• 附录 波浪的UDF函数