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原文传递基于欧拉方程的实效伴流计算

论文题名：	基于欧拉方程的实效伴流计算
关键词：	欧拉方程;船舶伴流场;螺旋桨;实效伴流;数值计算
摘要：	在现在的螺旋桨理论设计方法中，船舶伴流场中的螺旋桨性能是用基于势流理论的方法估算的。然而，当用势流理论分析螺旋桨周围的流场时，由流体粘性引起的船体边界层干扰的作用就被忽略了。为了避免由于势流假设引起的不准确性，螺旋桨设计者引入了实效伴流的概念。所以，实效伴流是对基于势流理论的螺旋桨分析方法的修正，它包含了螺旋桨和来流之间的相互影响。实效伴流的不均匀性是引起螺旋桨空泡、振动的主要原因之一。但由于船后三维伴流场的复杂性，正确确定三维实效伴流是十分困难的。因此，实效伴流的预估在螺旋桨的设计阶段具有重要的工程价值。通常，获取伴流分数的方法是进行专门的模型试验，但是模型试验存在着尺度效应、结果换算误差以及资金投入大等缺点，使其应用受到一定的限制。而理论计算方法可以弥补上述试验方法的不足，所以，数值计算方法在实效伴流场的计算中是不可缺少的。根据流体力学基本理论知识和常用数值计算方法，本文基于势流理论对实效伴流场进行预报。选取了不可压缩无粘流体的欧拉运动微分方程作为尾流场的控制方程，螺旋桨则用升力线理论计算。同时，为了使计算结果更具一般意义，对控制方程进行了无量纲化处理，然后给出了求解方程所需的边界条件。鉴于欧拉方程求解方法中存在的速度和压力耦合问题这一计算难点，本文采用SIMPLE算法进行求解，在交错网格系统中对欧拉方程采用有限体积法离散，将螺旋桨用体积力代替，计入动量方程的源项中以考虑螺旋桨对流场的影响。螺旋桨的诱导速度和载荷用升力线理论计算，并与流场求解程序相互迭代，计算收敛时得出实效伴流分布。本文采用上述方法分别计算了定常条件下轴对称和非轴对称实效伴流场，但由于个人水平和时间等因素的限制，计算结果不是很理想的，还有待于进一步的研究和完善。最后，本文对论文过程中的经验和不足进行了总结，以资后续研究者借鉴。
作者：	蔡智波
专业：	船舶与海洋结构物设计制造
导师：	谭廷寿
授予学位：	硕士
授予学位单位：	武汉理工大学
学位年度：	2009
正文语种：	中文