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喷水推进三体船进流口速度分布测量试验与数值研究
| 论文题名： | 喷水推进三体船进流口速度分布测量试验与数值研究 |
| 关键词： | 喷水推进;三体船;速度分布;船舶运动姿态 |
| 摘要： | 独立喷水推进器进行试验时通常是在专门的喷水推进综合性能试验台上面进行，试验过程中喷水推进器的进流为均匀来流。然而，当喷水推进器安装在船体上面后，安装在船体尾部的喷水推进器进流面速度分布因受到船体影响会产生很大的不均匀性，该不均匀性对于喷水推进器-船体系统效率计算具有很大的影响。为了定量体现船体对喷水推进器影响的大小，特别定义动量影响系数和动能影响系数来分别表示边界层对动量和动能的影响程度。以往的研究者在处理这两个参数时大部分依赖于经验公式，而本文根据ITTC试验规程，采用PIV试验手段对喷水推进船模进流口处速度分布进行测量，并依据测量结果对这两个参数进行计算。 文章采用三维水下PIV设备对喷水推进船模进行进流口速度分布测量研究。该试验研究依托船模拖曳水池进行，选择安装有两个喷水推进器的某三体船模型为研究对象。试验前制定合理的连接设备方案设计；试验时，从PIV设备处理数据原理出发，配合测力天平数据监控，探讨测量过程中船舶运动姿态变化对测量结果影响的作用机理；试验完成后最终得出合理的试验结果，着重分析待测截面处速度分布规律、流线分布规律，观测流动分离等精细流场细节，确定合适的进流口截面形状，计算动量影响系数和动能影响系数，并对这两个参数的合理性进行分析。 而后，利用CFD工具对该试验研究进行补充验证，进行了基于RANS方法的螺旋桨敞水试验和喷水推进船模自航试验数值研究。螺旋桨敞水试验中采用动参考系模型对螺旋桨的旋转进行仿真，通过稳态计算得到叶轮的敞水特性曲线用于后续计算；在自航试验中，通过虚拟盘模型对喷水推进器内的叶轮进行简化，在满足计算要得的前提下减少网格数量，提高计算效率。最后，得出相同试验工况下无量纲化后的速度分布结果。CFD结果和PIV采集结果对比能够更好地理解速度分布规律，并且CFD研究能够从现象层面对试验研究中缺乏依据的结论作一定的解释，观测试验研究中观察不到的实验现象，充分发挥CFD计算的优势。 总而言之，论文的核心是首次将PIV设备应用于喷水推进船模进流口速度分布测量当中，研究船体对喷水推进器的影响。采用试验研究和数值计算相结合的方法，对喷水推进船模自航试验结果有一个更为全面的认知。试验研究过程中的试验方案、试验经验及试验结论对于后续其他同类型试验有一定参考意义。 |
| 作者： | 龚杰 |
| 专业： | 船舶与海洋结构物设计制造 |
| 导师： | 郭春雨 |
| 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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