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原文传递波浪中螺旋桨的水动力性能研究

论文题名：	波浪中螺旋桨的水动力性能研究
关键词：	波浪状态;螺旋桨;水动力性能;Fluent软件;数值模拟
摘要：	船舶通常行驶在复杂的外界环境中，螺旋桨也运转在包含斜流、波浪状态、船体自身的深沉运动而带动螺旋桨的运动等的复杂工况中，从而使船舶阻力增加，螺旋桨推进性能降低，从而影响了船舶的快速性。因此，要想准确的预报船舶的实际航行时的快速性，就必须准确的预报复杂工况中螺旋的性能。基于这些方面的考虑，本文用计算流体力学软件，对各种不同工况中的螺旋桨进行了数值模拟，包括敞水、斜流、静水面以及波浪状态下等各种贴近实际外界环境的工况中的螺旋桨的水动力性能做了计算分析，文中的计算结果可为螺旋桨的性能预报及船舶快速性预报提供参考。　　基于结构化网格的优越性，本文首先用ICEM对大侧斜桨DTMB4679进行了结构化网格划分，通过Fluent软件计算了该桨的敞水性能，得到敞水性征曲线，并对叶剖面上的压力分布与实验值对比，验证了计算结果的正确性。螺旋桨的定常敞水性征的计算为后文的非定常计算奠定基础。　　螺旋桨周围复杂的伴流场导致了螺旋桨性能的非定常性，螺旋桨上产生的推力和转矩呈现明显的时域特性。为了探究螺旋桨的非定常水动力性能，本文将螺旋桨周围复杂的伴流场简化为均匀非轴向的来流，通过CFD软件计算分析得到了螺旋桨旋转一个周期，叶片处于不同位置处的受力情况，得到了螺旋桨不同方向上受力出现峰值与谷值的位置；同时也比较了斜流角度不同时螺旋桨水动力性能的变化，发现斜流角度对螺旋桨上力的峰值影响很大，但对谷值影响很小，不同斜流角中叶片上的力出现峰值和谷值的位置也基本相同。　　之后分析了静水面和波浪状态下对不同桨轴深度的影响，这里是用了Star-CCM+软件，这款软件较Fluent在某些方面有一定优势，例如本文中计算自由液面对桨的影响，若在Fluent中则每对应一个桨轴离自由液面的高度，我们就需要在ICEM里重新划分一次网格；而在Star-CCM中我们只需要从数值上改变加密层的高度即可，这大大节省了建模的时间。在计算过程中我们研究了桨轴离自由液面不同高度时螺旋桨的性能的变化，发现当该高度大于1.2倍的直径时，自由液面对螺旋桨的影响很小，当桨轴离自由液面越来越近时，螺旋桨的推力系数和转矩系数均有所降低。　　最后为了更好的模拟实际环境中螺旋桨的性能，本文对船桨舵一体进行了建模和计算，计算了舵对螺旋桨性能的影响，分析了桨盘面上的伴流场，并得到了船尾兴波，比较了船在运动时船尾在静水面中的兴波和在波浪中的兴波的不同。
作者：	胡洋
专业：	船舶与海洋结构物设计制造
导师：	胡健
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