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螺旋桨诱导船体表面脉动压力的数值分析
| 论文题名： | 螺旋桨诱导船体表面脉动压力的数值分析 |
| 关键词： | 计算流体力学;螺旋桨诱导船;脉动压力;非定常性能;快速傅里叶变换;数值分析 |
| 摘要： | 自从1952年人们发现螺旋桨诱导的脉动压力以来,从未停止过对它的研究。特别是近年来大型、高速运输船舶的高速发展,使得主机推力和功率不断增大,这就导致螺旋桨诱导的脉动压力越来越严重。计算脉动压力的传统理论方法非常的繁琐;经验公式方法局限性太大;模型试验成本高昂。近年来计算流体力学的日渐成熟,使得CFD方法渐渐得到广泛的关注。因而本文希望用CFD方法对螺旋桨诱导的脉动压力进行预报分析,主要工作如下: 首先,对CFD计算船舶水动力性能的可行性进行验证,分别对某型集装箱船和KCS船进行三维建模、计算、分析。对计算结果进行后处理,得到该型集装箱船的螺旋桨盘面处的轴向速度分布以及速度矢量图,与实验值进行对比。而对KCS船,还可以将得到的裸船体阻力与实验值进行对比。此外,为了进一步验证CFD方法得到的船后伴流场的准确性,还研究了对改善伴流场有一定作用的补偿导管和导流板加装在KCS船后的改善效果,并得到了螺旋桨盘面处速度分布以及船体表面压力分布。 其次,在不考虑自由液面前提下,对KCS船在水中以固定转速不同航速、固定航速不同转速航行时做非定常性能分析,可以得到船体阻力以及螺旋桨的水动力性能。计算收敛后,对螺旋上方平面里5个监测点的压强进行监测,对几条曲线进行对比研究,可以发现螺旋桨对船体表面压力分布的影响。通过对监测点的压强曲线进行FFT变换,可以得到螺旋桨的各阶脉动压力幅值,并进行对比分析。 最后,考虑自由液面,选择VOF模型分别在固定转速、固定航速下对KCS船进行模拟分析。同时,得到螺旋桨上方靠近船体表面处的压力分布,进行对比分析。对监测点的压强波动曲线进行FFT变换,得到各阶叶频对应的脉动压力幅值。将CFD计算结果与理论值和实验值以及不考虑自由液面结果进行对比,分析造成结果区别的原因。 |
| 作者： | 李鹏 |
| 专业： | 船舶与海洋工程 |
| 导师： | 胡健 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 哈尔滨工程大学 |
| 学位年度： | 2013 |
| 正文语种： | 中文 |
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