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基于势流-黏流耦合计算的船体自航性能CFD研究
| 论文题名： | 基于势流-黏流耦合计算的船体自航性能CFD研究 |
| 关键词： | 船桨干扰;船舶自航;升力面法;耦合计算 |
| 摘要： | 推进器作为船舶航行动力的核心，与船舶的快速性、经济型和安全性等性能因素紧紧相关。螺旋桨是目前应用最为广泛的一种推进器，与船体构成一个完整的系统，桨和船体的相互作用对船舶性能有着多方面的影响。因此，船桨之间的相互作用的深入研究，在传统船型的优化设计、新船型开发和船舶航行性能改善等方面将起到重要的作用。具有一定的理论意义和工程实践价值。 在流体力学的研究中，常用的方法有理论研究方法、数值计算方法和实验研究方法。理论研究方法，尽管能够普遍、清晰地揭示出流动的内在规律，但其受到理论模型简单且模型数量少的限制，还不能够切实有效地解决实际工程问题。实验研究方法虽然具有能够得到可靠流场信息的显著特点，却常由于相似准则局限的原因，不能够全部满足尺寸限制、边界影响等，并且还需要投入大量的经费。数值计算方法需要较少的经费，并且耗费时间少，计算结果的精度也很高。近年来，随着计算机技术不断地发展和进步，使得计算机在解决计算量大的问题时，在经费支出和时间成本上拥有明显的优势。在此情景下，计算流体动力学（CFD）受到了很多研究学者的青睐，使得其在研究船舶性能方面拥有广阔的前景。 船舶的推进性能和自航性能研究中涉及到船桨相互作用的问题。本文应用商用 CFD软件 FLUENT，使用迭代型体积力模型代替真实螺旋桨在船后的作用，分别对船舶在一定螺旋桨转速下的推进性能和船舶的自航性能进行了数值模拟计算。利用基于升力面法中的涡格法（VLM）的螺旋桨势流程序对船后螺旋桨的水动力性能进行计算，使用 FLUENT软件中自带的用户自定义功能（UDF）将体积力加载到 FLUENT中进行黏流计算，在黏流计算收敛后，将船后螺旋桨作用区域的速度场通过 UDF输出给势流程序继续计算，这样势流-黏流间相互迭代数次后，直至螺旋桨的性能参数收敛为止。计算结果表明，采用迭代型体积力模型代替螺旋桨的作用，能够在较短的时间内准确地完成船舶性能的预报工作。 |
| 作者： | 郑洋 |
| 专业： | 船舶与海洋结构物设计制造 |
| 导师： | 陈作钢 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 上海交通大学 |
| 学位年度： | 2015 |
| 正文语种： | 中文 |
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