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船后轮缘推进器的水动力性能数值仿真研究
| 论文题名： | 船后轮缘推进器的水动力性能数值仿真研究 |
| 关键词： | 船后轮缘推进器;CFD软件;水动力性能;响应面优化;船体伴流 |
| 摘要： | 轮缘推进器（Rim-drivenThruster，简称RDT）是一种新型组合式推进器，它将永磁电机、螺旋桨、推力轴承等部件集成为一起，有效地规避了轴系振动和密封泄漏等难题。但RDT作为一个整体，结构参数间并非都是独立变化，针对单个结构参数进行优化，无法保证RDT整体敞水性能的提升。同时针对轮缘推进器的研究多聚焦于自身性能，关于船体与轮缘推进器非线性耦合状态下的性能规律、流场分布以及如何实现船-机-桨匹配设计优化，也需要进一步深入研究。为此，采用计算流体动力学（CFD）和响应面分析相结合的方法，提出了多参数协同优化的方法及对船体伴流与轮缘推进器相互影响下匹配性能分析，主要进行的研究工作和结论如下： （1）导管桨与RDT具有相似的结构和流场分布，将导管桨仿真结果与模型水池试验值进行了对比，验证了仿真方法的可靠性，确定了RDT模型计算域、网格划分和计算参数设置的方法，确定了湍流模型；进行了网格无关性检验，确定了RDT模型的网格数量。 （2）改变RDT单个结构参数，仿真结果显示：螺距比增加，RDT的推力系数、扭矩系数和效率增加，且增加幅度明显；减小盘面比或纵斜角，RDT的水动力性能提升，但提升幅度不大；无毂式比有毂式敞水性能好。 （3）应用响应面分析法，对RDT进行多参数协同优化，结果显示各参数对响应值（敞水性能）影响显著性的顺序为：螺距比＞纵斜角＞盘面比。该RDT模型最大效率对应的最佳结构参数为：螺距比为1.4、盘面比为0.65、纵斜角为0°，最大效率可达到52.53％，最大效率有效提升4.57％。 （4）建立船体－轮缘推进器动力学非线性耦合模型，仿真结果表明：由于船尾伴流的影响，伴流工况下轮缘推进器的水动力性能小于敞水工况下的性能，流速越大，差距越明显。而且船尾流场为非均匀流场，高压区向右侧逐渐偏移。 （5）分析了船体伴流工况下轮缘推进器水动力性能影响因素，研究发现：增加船体与推进器的垂向距离，RDT的水动力性能变化幅度较小，最大变化幅度不超过1％。改变连杆截面形状发现：连杆的受力面积越大，RDT的水动力性能越低。研究了船桨一体化集成设计，并提出了贯通式船型和三体船两种设计方案。 |
| 作者： | 李高强 |
| 专业： | 轮机工程 |
| 导师： | 欧阳武 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 武汉理工大学 |
| 学位年度： | 2022 |
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