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不同通气形式下半浸式螺旋桨水动力性能数值研究
| 论文题名： | 不同通气形式下半浸式螺旋桨水动力性能数值研究 |
| 关键词： | 半浸式螺旋桨;水动力性能;通气管;数值模拟 |
| 摘要： | 半浸式螺旋桨作为一种新型的特种高效螺旋桨，在高速艇上得到了越来越广泛的应用。但是，迄今为止，人们对于半浸桨的水动力性能、力的脉动特性以及流场特性等还缺乏足够的认知。目前，研究半浸桨的主要手段是水动力学实验。但是半浸桨的水动力学实验受到花费高、操作困难等多重因素的限制。而半浸桨的理论研究近年来虽取得了一定的进步，但依然缺乏成熟的理论以指导设计工作。随着CFD方法的快速发展，应用该方法研究半浸式螺旋桨成为可能。 本文通过雷诺平均(RANS)方程计算半浸式螺旋桨的流场，利用VOF(Volume of Fraction)方法捕捉自由液面，应用滑移网格技术模拟半浸桨的转动。通过对标准半浸桨模型841-B的数值模拟，并将计算结果与实验结果相比较。分析可知:在J=0.8～1.1之间，推力系数Kt、扭矩系数10Kq的误差在10％之内并模拟出了半浸桨的过渡区。计算结果表明，利用CFD技术对半浸式螺旋桨进行数值模拟是可行的。利用该数值方案计算某实艇上安装的半浸桨，研究了浸深比It、斜流角ψ对其水动力性能的影响，并对其受力的脉动特性以及流场特点进行了分析。研究结果表明:半浸桨浸深越大其受力的脉动性越小。在尾流场中，滑流作用占据主导地位，径向方向上存在明显的滑流边界。自由液面以下区域轴向速度梯度很大，而横向速度明显增大;自由液面以上区域轴向速度与横向速度明显增加，但其滑流边界并不明显。横向速度以自由液面为界，发生了较大的变化。而斜流角对半浸桨水动力性能的影响较小。斜流角的存在相当于半浸桨浸深略有增加。 当半浸桨在大浸深情况下工作时，其扭矩就会急剧增加，此时通过通气管对其进行通气以降低扭矩。本文通过数值计算模拟了通气管直径，出气口径向位置与纵向位置对半浸桨水动力性能的影响。结果表明:通气管直径越大，半浸桨的推力T、扭矩Q越小，在低进速时效率增大;通气管出气口的径向位置与纵向位置对低速时影响较大。通气管直径的改变影响的是通气量的变化，而出气口纵向位置与径向位置的改变影响的是半浸桨对空气的抽吸作用。 本文提供的数值方法为进一步研究半浸桨水动力性能提供了参考，并为实际的工程应用提供了帮助。 |
| 作者： | 任振 |
| 专业： | 船舶与海洋结构物设计制造 |
| 导师： | 邹劲 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 哈尔滨工程大学 |
| 学位年度： | 2017 |
| 正文语种： | 中文 |
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