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原文传递吊舱推进器水动力性能数值研究

论文题名：	吊舱推进器水动力性能数值研究
关键词：	吊舱推进器;水动力性能;间隙影响;尺度效应;数值预报
摘要：	吊舱推进器作为一种新型电力推进装置,在民船、军船上得到了越来越广泛的应用。随着CFD计算方法和技术的不断进步,对其粘流水动力特性进行数值预报已经得到越来越大的发展。本文采用RANS方法在FLUENT商用软件中对吊舱推进器水动力性能进行了数值研究。　　首先对计算模型进行了比较研究。在网格依赖性方面,通过计算结果与试验的比较以及y+分布的比较,确定合理的边界层网格厚度。在湍流模型方面,对三种k-ε湍流模型及两种壁面函数的计算结果进行了比较,结果表明采用RNG k-ε及非平衡壁面函数的计算结果与模型试验相比误差最小。在旋转桨叶的计算模型方面,分别采用准定常MRF模型、定常混合面模型及非定常滑移网格模型进行了比较计算,结果表明MRF模型与滑移网格模型得到的水动力更接近。本文还研究了采用MRF模型时桨叶相位角的影响,结果表明 MRF模型推力和扭矩计算值与非定常结果非常接近,但侧向力计算结果相差较大。MRF模型并不能完全代替非定常计算,但可以根据实际需要适当采用MRF模型,以节省计算时间。　　其次,本文研究了支架、桨毂间隙对吊舱推进器水动力性能的影响。计算结果表明支架上方流线型阻挡绕流装置以及支架间隙是否存在对桨叶及推进单元的受力影响很小。因此,当我们只关心桨叶以及推进单元的性能时,数值计算中可以忽略上方的流线型阻挡绕流装置,以使建模及计算得到简化。桨毂间隙对推进器单元水动力及桨叶水动力的影响均很小;桨毂间隙内压力作用于桨毂后端面形成推力,其大小约为桨叶推力的2％~3%;间隙内压力随间隙宽度的变化和桨毂后端面与桨叶随边的距离有关,当该距离保持不变时,间隙内压力随间隙宽度的增大而降低。与国外公开发表的试验结果的比较表明,本文间隙影响的计算结果定性正确。　　本文还研究了尺度效应对吊舱推进器水动力性能的影响。对模型尺度和实尺度吊舱推进器性能进行计算比较,结果表明与模型尺度相比,实尺度的吊舱推进器上螺旋桨的推力增大,舱体和支架的阻力减小,整个单元的推力增大,而螺旋桨的扭矩减小。其中粘性力的变化是吊舱推进器受力变化的主要原因。从舱体及支架周围的速度分布图中可以看到,模型尺度吊舱推进器的边界层相对厚度更大一些,而实尺度吊舱推进器螺旋桨尾流对吊舱的影响更为明显。　　最后本文计算了在不同斜流角度下的吊舱推进器水动力性能。计算得到的吊舱推进器水动力性能随斜流角度的变化规律与试验结果一致,螺旋桨的推力系数、扭矩系数及推进单元的侧向力系数随着斜流角度的增加而增加,而吊舱推进器单元的推力系数则随斜流角度的增加而减小。而在侧向力上,在船体坐标系下螺旋桨的侧向力占主要成分,说明在斜航状态下,转船力矩主要来自于螺旋桨推力。
作者：	董小倩
专业：	船舶与海洋结构物设计制造
导师：	杨晨俊
授予学位：	硕士
授予学位单位：	上海交通大学
学位年度：	2013
正文语种：	中文