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基于重叠网格技术的船-桨-舵全耦合流场数值分析
| 论文题名： | 基于重叠网格技术的船-桨-舵全耦合流场数值分析 |
| 关键词： | 浅水航道;斜向流场;桨-舵系统;船-桨-舵全耦合;浅水效应;重叠网格 |
| 摘要： | 内河航道受宽度、弯曲度及河底地形等因素的影响，水流方向复杂多变，船舶绝大多数情况是处于斜向流场中，对船舶航行安全产生了一定影响。为提高航运经济效益，船舶主尺度大型化发展趋势逐渐形成，航道适航水深与船舶吃水之间的比值日渐减小。此外，部分航道底部存在淤积，也会导致航道适航水深进一步减小，船舶受到浅水效应的影响更加显著。因此，有必要对斜向流场中桨-舵相互作用及浅水航道内船-桨-舵系统相互作用进行研究。 本文就斜流中桨-舵系统相互作用及浅水航道内船-桨-舵系统相互作用展开研究。基于重叠网格技术，引入 SST k?ω湍流模型求解 RANS 方程，利用 STAR-CCM+软件对斜流中桨-舵系统、浅水航道内船-桨系统、船-桨-舵系统耦合分别进行数值模拟。 以不同斜流角、舵角为参数，进行斜流中桨-舵系统数值模拟，从水动力特性、桨后涡结构演化、非定常轴承力、脉动压力等四个角度探究了斜向流场中斜流角、舵角变化对螺旋桨水动力特性的影响。相较于开放水域桨-舵系统相互作用而言，船后流场的非均匀性更加复杂，相互作用更加复杂，因此对浅水航道内船-桨、船-桨-舵耦合进行数值模拟。 在分析浅水航道内船舶性能的过程中，对船-桨系统、船-桨-舵系统的各项参数进行对比，研究不同水深吃水比(h/T)对船舶性能、自由度的影响，探究了舵对船体的作用。同时，通过对桨后涡结构演化、激振力等进行分析，探究了舵对螺旋桨的作用；通过对舵面脉动压力变化进行分析，探究了船后桨对舵的作用。研究结论如下： （1）在斜向流场中，螺旋桨的水动力特性会有所提升，横向力变化尤为明显。舵的存在不仅会促进螺旋桨水动力特性，还会对桨后流场产生整流作用，舵角与斜流角相近时会抑制横向力的产生。舵角、斜流角均会影响到非定常轴承力、脉动压力的频域峰值。 （2）桨后舵的存在，会促进浅水效应对船舶的影响，螺旋桨激振力有所增大。随水深吃水比(h/T)减小，螺旋桨诱导产生的脉动压力及舵面的脉动压力均呈现先减小后增大的变化趋势。 |
| 作者： | 李浩然 |
| 专业： | 机械 |
| 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： | 2023 |
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