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标称伴流场尺度效应及螺旋桨激振力数值分析
| 论文题名： | 标称伴流场尺度效应及螺旋桨激振力数值分析 |
| 关键词： | 伴流场;尺度效应;螺旋桨;激振力;船体姿态 |
| 摘要： | 船舶航运市场加快了民用船舶功率巨型化、吨位大型化和航速快速化的进程；随着新船能效设计指数EEDI概念的提出与强制实施，船舶的节能减排、绿色环保以及安全性能被提升到了新的高度。为了追求船舶经济性，船舶行业对船舶动力效率的要求越来越高，船舶螺旋桨负载越来越重，运行环境也更加恶劣，船舶的推进性能成为了人们在船舶行业发展中关注的热点问题，而船舶尾部的流动特性以及螺旋桨激振力都是影响船舶推进性能的主要因素。 本文选取KCS模型与KP505桨为计算对象，基于RANS方法开展了轴向标称伴流场的尺度效应、船桨一体并考虑自由液面影响条件下的螺旋桨诱导激振力数值研究。其中轴向标称伴流场的尺度效应研究中，本文对包含实尺度的七个不同尺度下的粘性绕流场进行了数值求解；船桨一体并考虑自由液面影响条件下的螺旋桨诱导激振力数值研究中，本文分别进行了基于自主设计的Smart Dummy模型船桨一体数值自航实验以及自由度放开条件下的船桨一体数值自航实验。 为验证本文计算方法的可靠性，首先进行了网格无关性验证。通过三套不同粗细的网格对网格无关性进行了验证，分别从阻力、自由液面、伴流场三个方面进行了阐述，为后续数值计算工作的展开提供合理的支撑。 在伴流场的尺度效应问题仍未得到很好解决的背景下，对 KCS船尾轴向标称伴流场的尺度效应进行了研究。对桨盘面平均轴向伴流分数、伴流峰、伴流谷随雷诺数的变化关系进行了详细分析。基于局部参数化建模对KCS模型的尾部变形得到Smart Dummy模型，对该模型的绕流场进行了详细分析，并基于Smart Dummy模型对船桨一体螺旋桨诱导的激振力进行了计算，结果表明该模型在预报实船标称伴流场以及螺旋桨诱导的船体表面脉动压力方面有巨大的潜力。对于航行于水面的舰船，船体姿态的变化会导致以约束模型为基准的数值计算与实际情况有所差别。基于重叠网格技术，应用六自由度模型与叠加旋转模型实现了自由度开放状态下的KCS自航计算，充分考虑了船体姿态的影响。通过与约束状态下的模型计算结果对比，发现二者在绕流场以及螺旋桨诱导的激振力方面存在差异。 |
| 作者： | 王恋舟 |
| 专业： | 船舶与海洋工程 |
| 导师： | 郭春雨;董国祥 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 哈尔滨工程大学 |
| 学位年度： | 2016 |
| 正文语种： | 中文 |
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