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伴流场的尺度效应研究及其短波中特性分析
| 论文题名： | 伴流场的尺度效应研究及其短波中特性分析 |
| 关键词： | 船舶螺旋桨;标称伴流场;尺度效应;RANS方法 |
| 摘要： | 在船舶众多航行性能中，快速性与其运营效率、经济性及EEDI能耗要求等方面关系密切。螺旋桨在实际海况下的推进效率是影响船舶快速性的关键因素之一。在实际航行过程中，船舶标称伴流场对螺旋桨的推进效率有着重要影响，然而由于实尺度下与模型尺度下桨盘面处标称伴流场的不同导致了在实际海况下的螺旋桨性能发生变化，即伴流场的尺度效应问题，同时引发的螺旋桨推进效率变化及空泡、激振、噪声等问题引人关注。因此，本文基于伴流场的组成成分，对实尺度及实际海况下，与船模实验中雷诺数不相似及存在微幅波等情况，对伴流场变化的影响因素做出了相关讨论，主要研究工作如下： 文章详细的阐述了船舶伴流场的EFD和CFD研究方法及尺度效应问题的发展历程，探讨了不同理论计算方法的不足，以及现有的试验研究方法和试验装置在研究伴流场的非定常变化上的局限性，讨论了规则波中船舶航行性能的研究方向，提出了船舶波浪中的伴流场研究的缺乏及问题。 着重地研究船舶绕流场中，与螺旋桨设计至关重要的桨盘面处的标称伴流场，文章第二章以KCS标准船模为研究对象，基于RANS方法计算了固定姿态下不考虑自由液面时的伴流场，主要对于精确模拟伴流场的数值模型（包括网格划分方式、湍流模型选取等方面）做出了一定的探讨，并将计算值与国际上公认的实验值进行对比，验证了数值模型的准确性，并进行了网格无关性验证。第三章主要对不考虑自由液面及姿态变化的伴流场进行了理想流体和粘性流体中的计算，分别得到了理想流体中的形势伴流场以及粘性作用下形势伴流场和摩擦伴流场的耦合结果，并对二者结果进行分离，分别讨论形势伴流场及摩擦伴流场的特征及其对螺旋桨的影响；针对尺度效应的主要因素，摩擦伴流场，进行了尺度效应分析，包括平均伴流分数沿周向的分布、伴流峰值变化规律等方面。第四章主要对不考虑姿态变化的短波顶浪航行中的船舶伴流场进行了数值模拟，探讨了规则波的入射波高、波长等因素对桨盘面上平均伴流分数时历曲线的影响，以及波浪中平均伴流分数相对于静水中变化的原因，并提出了规则波作用下波长船长比和波陡都相对较小时，平均伴流分数的时历变化曲线预估公式；最后，探讨了不同工况下，一个波浪遭遇周期内伴流场变化形态。对实际海况及实尺度下，伴流场非定常变化预测，奠定了一定的基础。 |
| 作者： | 刘恬 |
| 专业： | 船舶与海洋工程 |
| 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： | 2017 |
| 正文语种： | 中文 |
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