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轮缘推进器梢隙流动特性及尺度效应分析
| 论文题名： | 轮缘推进器梢隙流动特性及尺度效应分析 |
| 关键词： | 轮缘推进器;间隙流动;尺度效应;外推方法;水动力性能 |
| 摘要： | 轮缘推进器（Rim-DrivenThruster，RDT）电机定转子间隙流动结构较常规导管螺旋桨叶梢间隙流动复杂，呈现非定常、强剪切、多尺度等特征，间隙流动现象的描述以及其对RDT水动力性能的影响求解均非常困难。 本文以建立有效的RDT间隙流动数值计算模型为前提，遵循由简单到复杂的研究思路，首先分别对敞开域圆环旋转、近壁面圆环旋转、导管内嵌圆环旋转、以及导管内嵌带桨叶圆环（RDT环转子）旋转问题进行了数值模拟，探讨了转子附近壁面有无、壁面形状以及螺旋桨压差对间隙流动和环转子扭矩系数的影响规律，以解释RDT电机定转子间隙流动机理。 随后以某RDT为对象，结合模型试验测试结果，对数值计算模型中网格数量、湍流模型、旋转运动方式进行了逐一确认。基于验证后的数值计算模型，通过多方案计算分析，重点讨论了轴向间隙、径向间隙以及螺旋桨转速对间隙流动发展演变规律的影响，研究表明间隙内流动变化受间隙轴向和径向间隙的影响相对较大，而受转速的影响相对较小，且环转子各表面转矩系数随转速的变化具有明显的尺度效应，这与模型试验得到的相关规律也高度吻合。 最后，通过依次改变RDT部件及间隙尺度，并开展不同工况下的数值计算，讨论了RDT水动力性能随部件与间隙尺度的变化规律，研究表明尺度增加后会抑制径向间隙内泰勒涡的产生，环转子扭矩系数出现较为明显的下降。基于多方案数值计算结果，最终给出了RDT环转子各表面转矩系数随雷诺数和间隙尺寸的换算公式，可为同类型RDT的设计开发以及性能预报提供参考借鉴。 |
| 作者： | 杨俊 |
| 专业： | 船舶与海洋工程 |
| 导师： | 贺伟 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 武汉理工大学 |
| 学位年度： | 2021 |
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