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近岸自航船舶性能及船后桨流固耦合研究
| 论文题名： | 近岸自航船舶性能及船后桨流固耦合研究 |
| 关键词： | 限制水域;船舶自航;重叠网格;船后螺旋桨;流固耦合特性 |
| 摘要： | 在规模效益的影响下，船舶主尺度日趋大型化，导致自然河流、人工运河、港口港内等航道衍变成限制性航道，因限制性航道阻塞效应的作用，船舶航行的快速性与操纵性受到极大挑战，所以限制性航道航行船舶快速性和操纵性问题一直是研究学者所关注的热点问题。相比于开放水域，限制性航道的船舶周围流场更加复杂多变，船后的螺旋桨在这种复杂的非均匀流场工作，水动力性能会发生改变，同时水流作用会导致螺旋桨的变形，螺旋桨变形又进一步影响自身的水动力性能，这种行为可称为螺旋桨的水弹性行为。显然，相比于敞水中的螺旋桨水弹性行为，船后螺旋桨的水弹性行为更加复杂，因此，有必要将船体与螺旋桨联系起来进行研究。 本论文就限制水域内航行船舶的自推进性能和船后螺旋桨的流固耦合特性展开研究。以现代化集装箱船KCS及其配套螺旋桨KP505为研究对象，基于RANS方法和重叠网格技术，利用商业软件STAR-CCM+进行限制水域内船舶自航试验数值模拟。在获得限制水域内船尾伴流场信息的基础上，采用STAR-CCM+中的流固耦合模块进行非均匀流场中的螺旋桨流固耦合数值模拟。 首先，以不同水深、船—岸距离、航速作为参数，进行限制水域内船—舵系统拖航试验数值模拟，分析浅水效应和岸壁效应对船舶水动力性能和流场特征的影响。然后，考虑了船模与实船的尺度效应，对船模进行摩擦阻力修正。基于限制水域拖航的初始流场，引入螺旋桨来提供推力，通过变螺旋桨转速来获得实船的自航点，实现限制水域内的船舶自航试验数值模拟。在分析限制水域船舶自航性能过程中，将水深和船—岸距离进行统一，以半船阻塞比作为参数，以此来研究不同航速下的阻塞比对船舶推进性能的影响。同时，着重分析了不同阻塞比下船—桨—舵系统相互作用、船后螺旋桨的激振力和流场特征变化。最后，以获得的限制水域内船后伴流场作为输入场，对非均匀流场中的螺旋桨水弹性行为进行研究，并对比了均匀流场中的螺旋桨水动力性能和结构响应。 本文通过数值模拟手段，实现了对限制水域内船舶自航性能预报，研究了限制水域船舶自航性能以及船后桨流固耦合特性的一些基本规律，为人们更好地理解分析限制水域船—桨—舵系统配合以及螺旋桨水弹性行为提供了参考。 |
| 作者： | 钱志鹏 |
| 专业： | 船舶与海洋工程 |
| 导师： | 冀楠 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 重庆交通大学 |
| 学位年度： | 2022 |
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