原文传递
极地气垫船导管空气螺旋桨结冰数值模拟
| 论文题名： | 极地气垫船导管空气螺旋桨结冰数值模拟 |
| 关键词： | 气垫船;导管空气螺旋桨;冰脱落 |
| 摘要： | 极地气垫船在冰面及海面航行时遭遇雪-雾-气三相混合颗粒流会导致气垫船导管空气螺旋桨结冰。结冰问题会导致螺旋桨推力下降、桨叶表面的覆冰脱落以及螺旋桨不规则震动，因此本文基于薄水膜结冰模型(Shallowwatericingmodel)通过CFD方法进行导管空气螺旋桨的结冰数值模拟，探究不同环境条件下的螺旋桨结冰分布规律，分析螺旋桨表面结冰特征，具体内容如下: 本文首先叙述了国内外对于结冰问题的研究现状，介绍了本文所采用的结冰数值模型和相关理论，通过对二维翼型及圆柱进行了过冷水滴及晶的结冰数值模拟并与相关试验数据进行了比较，验证了本文选择的数值模型的有效性。 其次针对极地复杂多变的气候条件，本文对针对过冷水滴及冰晶相关参数进行结冰过程的敏感性分析，对于过冷水滴，本文探究了在两种典型温度下的攻角、液态水含量、液滴流速以及液滴直径对翼型表面结冰的影响，并对数值结果进行了分析。对于冰晶，本文探究了在两种典型温度下的冰晶液滴混合比例以及冰晶直径对翼型表面结冰的影响，并对数值结果进行了分析。 最后针对导管空气螺旋桨，本文进行了旋转状态下的导管空气螺旋桨结冰数值模拟。首先探究了不同转速下过冷水滴结冰数值模拟，发现在温度较低的情况下，螺旋桨表面结冰厚度较高的位置主要集中在叶梢以及螺旋桨前缘，并且随着转速提高，螺旋桨表面结冰厚度上升。但是在环境温度较高的时候，由于螺旋桨旋转造成的气动加热会导致螺旋桨叶梢局部温度升高到水的凝固点以上，叶梢部位表面形成大面积无法冻结的水膜，抑制了螺旋桨表面的结冰。其次探究了冰晶的结冰数值模拟，发现只有冰晶存在时，冰晶不易在螺旋桨表面发生结冰，并且冰晶的黏附结冰与气温有关。在温度相对较高的时候，冰晶主要黏附在螺旋桨桨毂正面以及螺旋桨叶根处。而在冰晶与液滴的混合相结冰中，冰晶的黏附主要与液滴在螺旋桨表面形成的水膜有关。在螺旋桨叶梢温度较高时，水膜会促进冰晶的黏附，同时冰晶的融化也促进了水膜的冷却冻结，导致螺旋桨表面结冰范围增大。最后本文考虑了螺旋桨旋转状态导致的表面覆冰脱落现象并使用内聚力模型对覆冰进行了受力分析，发现冰脱落的范围以及质量分布与气温有关，覆冰的脱落主要集中在前缘以及叶梢，当气温较高时，覆冰的脱落范围有扩大趋势，导致螺旋桨表面冰载荷分布极不均匀。 |
| 作者： | 杨智轩 |
| 专业： | 船舶与海洋结构物设计制造 |
| 导师： | 王庆 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 哈尔滨工程大学 |
| 学位年度： | 2022 |
检索历史
应用推荐
