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船舶螺旋桨水动力及空泡性能的预测
| 论文题名： | 船舶螺旋桨水动力及空泡性能的预测 |
| 关键词： | 船舶螺旋桨;水动力性能;空化模型;空泡性能;参数化建模;二维水翼 |
| 摘要： | 螺旋桨因其优良的性能,是目前船舶领域使用最普遍的推进器。海上运输和军用舰船发展日益繁荣的现代社会,各种新型船和高性能船相继出现,船舶发展趋于大型化、高速化。随着船舶主机不断往高转速和大功率发展,空泡引起的桨舵剥蚀、螺旋桨噪声和船舶振动问题变得日益突出。流体的空化是一种复杂的物理现象,涉及到相变、表面张力、湍流、非均匀热力学效应等问题。空化也可认为是在一定温度下由于水动力学压力的减小引起的液体的相变的流体流动现象。空化泡会经历发生、溃灭,其过程是迅速且剧烈的,从而会导致腐蚀、震动、噪声。本文围绕螺旋桨的水动力性能和空化问题展研究,主要的工作有: 详细地描述了螺旋桨的几何参数,提出了切面数据的生成方法,利用NURBS曲线拟合桨叶切面,再由拟合的曲线生成蒙皮NURBS曲面,最后总结提出了参数化建模方法及其基本工作流程。 采用了单方程Spalart-Allmaras模型和两方程 k-εRNG模型、 k-ωSST三个典型的湍流模型对二维水翼(NACA66 mod)的空化进行了计算。结果表明SST湍流模型能模拟出空泡流的更多细节特征,比如可以观察到明显回射流,再对比了Zwart-Gerber-Belamri和Schnerr-Sauer空化模型,发现后者具有更高的精度和适应性。 在基于LES方法的二维水翼动态空泡流的模拟中,得到了典型的片状空泡脱落过程,空泡脱落周期为0.29比较接近0.28的试验值,空泡闭合区的回射流是导致空泡脱落的主要原因,而涡结构则影响脱落空泡的形态。 对螺旋桨全湿流和空泡流水动力性能计算中发现两者的结果十分吻合,说明局部空泡不影响桨旋桨的宏观水动力性能。在全流道和单流道模拟中,水动力性能与试验值的误差在8％以内,全流道计算的推力系数和扭矩系数与试验的误差比单流道计算的较小,但是单流道得到空化区大小更接近试验。 |
| 作者： | 周飞 |
| 专业： | 机械制造及其自动化 |
| 导师： | 李奇敏 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 重庆大学 |
| 学位年度： | 2014 |
| 正文语种： | 中文 |
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