仿生船舶螺旋槳特性的數(shù)值模擬研究
發(fā)布時(shí)間：2020-12-03 19:55
船舶螺旋槳的水動(dòng)力性能主要包括螺旋槳的推力、扭矩以及敞水效率。在進(jìn)行船舶螺旋槳的設(shè)計(jì)制造時(shí),除了需要考慮水動(dòng)力性能外還需考慮螺旋槳產(chǎn)生的空泡、強(qiáng)度以及激振力。對(duì)于軍用船舶,需額外考慮螺旋槳所產(chǎn)生的噪聲。另外,仿生工程已滲入到各個(gè)學(xué)科領(lǐng)域,且產(chǎn)生了系列顯著的科學(xué)技術(shù)成果。因此,本文以減少船舶螺旋槳產(chǎn)生的梢渦空泡和提高螺旋槳的敞水效率為目的,采用仿生方法對(duì)螺旋槳進(jìn)行設(shè)計(jì)和性能分析研究。受仿生學(xué)的啟發(fā),通過(guò)商業(yè)軟件STAR-CCM+中的RANS湍流模型對(duì)5種具有葉梢小翼的仿生船舶螺旋槳進(jìn)行數(shù)值分析研究,其中以MAU 5-80螺旋槳作為基準(zhǔn)的螺旋槳模型。具有葉梢小翼的仿生船舶螺旋槳的幾何結(jié)構(gòu)特點(diǎn)主要在于其葉梢相對(duì)于MAU型螺旋槳葉梢向壓力面傾斜,并保持仿生小翼螺旋槳的直徑和MAU型螺旋槳的直徑相同。首先對(duì)MAU型螺旋槳敞水特性進(jìn)行數(shù)值模擬計(jì)算和實(shí)驗(yàn)對(duì)比分析,然后通過(guò)壓力系數(shù)、梢渦空泡、軸向速度場(chǎng)和螺旋度等對(duì)仿生小翼螺旋槳和MAU型螺旋槳進(jìn)行對(duì)比分析研究。數(shù)值計(jì)算結(jié)果表明,與MAU型螺旋槳相比,新設(shè)計(jì)的具有葉梢小翼的仿生船舶螺旋槳對(duì)螺旋槳的效率影響不大,而推力系數(shù)隨小翼傾角的增大逐漸減小。在螺旋...
【文章來(lái)源】：大連海事大學(xué)遼寧省 211工程院校
【文章頁(yè)數(shù)】：132 頁(yè)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【部分圖文】：
圖１．１新型螺旋槳??Ｆｉｇ．?１．１?Ｎｅｗ－ｔｙｐｅ?ｐｒｏｐｅｌｌｅｒｓ??仿生工程己滲入到各個(gè)學(xué)科領(lǐng)域，且呈現(xiàn)出極高的科學(xué)技術(shù)成果水平
?仿生船舶螺旋獎(jiǎng)特性的數(shù)值模擬研究???Ｓ?＾??圖１．２貓頭鷹??Ｆｉｇ．?１．２?Ｏｗｌ??１．２國(guó)內(nèi)外相關(guān)研究現(xiàn)狀及進(jìn)展??１．２．１螺旋槳梢渦空泡的研究現(xiàn)狀??船舶螺旋槳空泡日益成為研究人員普遍關(guān)心的問(wèn)題，主要是因?yàn)槁菪龢张輹?huì)造成??螺旋槳的輻射噪聲増加、效率降低及汽蝕等問(wèn)題。其中螺旋槳梢渦的產(chǎn)生主要是由于在??螺旋槳的壓力面和吸力面存在壓差，水流會(huì)從高壓區(qū)流向低壓區(qū)，當(dāng)渦核的壓力低于汽??化壓力時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生梢渦空泡現(xiàn)象。??國(guó)內(nèi)外很多研宄人員用不同的方法進(jìn)行研究了船舶螺旋槳的梢渦及梢渦空泡現(xiàn)象。??其中，辛公正采用ＬＤＶ設(shè)備測(cè)量了螺旋槳在空泡水筒中產(chǎn)生梢渦時(shí)的流場(chǎng)結(jié)構(gòu)和梢??渦的運(yùn)動(dòng)軌跡，并對(duì)梢渦空泡進(jìn)行試驗(yàn)觀測(cè)，給出了梢渦速度場(chǎng)的分布情況，然后通過(guò)??改變?nèi)~梢?guī)缀危ㄈ缭黾尤~梢的厚度、局部向壓力面縱傾及葉梢外半徑區(qū)域的直導(dǎo)邊）使??得梢渦尾流的橫向流動(dòng)減弱，從而使得梢渦強(qiáng)度有所降低，達(dá)到抑制或推遲梢渦空泡初??生的目的。傅慧萍和李杰［４１，４２］通過(guò)對(duì)ＰＰＴＣ螺旋槳進(jìn)行空化流場(chǎng)的數(shù)值模擬研宄表明螺??旋形網(wǎng)格對(duì)于捕捉梢渦空泡是一種非常有效的手段，空化模型Ｚｗａｒｔ－Ｇｅｒｂｅｒ－Ｂｅｌａｍｒｉ中??的含氣率等參數(shù)對(duì)計(jì)算結(jié)果中的空泡形式以及壓力脈動(dòng)具有直接的影響。胡健等人［４３］??采用ＳＴＡＲ－ＣＣＭ＋軟件對(duì)螺旋槳梢渦脫落的現(xiàn)象進(jìn)行研究表明，基于重疊網(wǎng)格和ＬＥＳ??湍流模擬能較好地模擬螺旋槳梢渦結(jié)構(gòu)，在低進(jìn)速系數(shù)工況下，梢渦呈現(xiàn)出紊亂的形態(tài)，??在較高的進(jìn)速系數(shù)的工況下則為螺旋渦管的結(jié)構(gòu)。楊瓊方等人［４４，４５］研究螺旋槳空化斗和??關(guān)于判定空化初生以及低頻噪聲的預(yù)報(bào)，使用了?ＳＳＴ揣流模型及改
?仿生船舶螺旋槳特性的數(shù)值模擬研究???１．３本文主要研究思路??本文主要是受鳥(niǎo)類(lèi)翼型翅膀的啟發(fā)，仿生設(shè)計(jì)研究了兩種仿生船舶螺旋槳，一種基??于鳥(niǎo)類(lèi)翅膀的翼梢一般都有翹起的結(jié)構(gòu)仿生設(shè)計(jì)了具有葉梢小翼的仿生船舶螺旋槳，另??一種是基于鳥(niǎo)類(lèi)翅膀的翼型截面仿生設(shè)計(jì)了四種葉剖面的船舶螺旋槳，然后對(duì)其性能進(jìn)??行分析研究。本文的主要研究思路如下圖１．４所示：??仿生船舶螺旋槳特性的數(shù)值模擬研究??的主要研宄思路??，??????—??．??仿生船舶螺旋槳特性研究－??Ｉ?，?１?１?￣￣ｉ￣￣￣１?ｉ?！??仿生小翼螺旋槳｜?｜仿生葉剖面螺旋槳??－?１?－——?＼?ｉ?＇???±??Ｉ?｜建立三纟Ｉ仿生葉??ＳＳＴ々－ｄ莫型研究?ＬＥＳ模型研究仿?剖面螺旋獎(jiǎng)?：??仿生螺旋槳?｜生小旋槳?￣￣：￣￣ｙ???；?丨〒?｜網(wǎng)格正和?１??｜建立纟１旋槳?網(wǎng)格矗證和?｜模型驗(yàn)證?丨．■翻－驗(yàn)１？正１??：?幾何模型?模型驗(yàn)證?Ｉ???梢渦ｉ流與?＊Ｉ?１??Ｉ?．．，?空化性能?仿生葉‘面螓旋ｒ＾ｎ?：??不同后傾角仿生小翼的??１?槳的敞水特性?梢渦槳葉強(qiáng)度計(jì)析：??敞水特性和空化性能??—?；??圖１．４主要研究思路??Ｆｉｇ．?１．４?Ｍａｉｎ?ｒｅｓｅａｒｃｈ?ｉｄｅａｓ??（??１．４研究目的和研究意義??本文主要是從仿生的角度分別以減少船舶螺旋槳產(chǎn)生的梢渦空泡和提高螺旋槳的??敞水效率為目的對(duì)螺旋槳進(jìn)行設(shè)計(jì)分析研宄。在對(duì)仿生船舶螺旋槳進(jìn)行數(shù)值模擬分析之??前，首先采用結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單的船舶舵對(duì)數(shù)值求解模型和方
【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]融合小翼對(duì)風(fēng)力機(jī)氣動(dòng)性能的影響[J]. 胡丹梅,吳志祥,張開(kāi)華,張智偉. 可再生能源. 2019(09)
[2]基于CFD的對(duì)轉(zhuǎn)螺旋槳水動(dòng)力性能分析[J]. 孫承亮,趙江濱. 艦船科學(xué)技術(shù). 2019(03)
[3]斜流中的螺旋槳空化及壓力脈動(dòng)計(jì)算[J]. 傅慧萍,李杰. 中國(guó)造船. 2018(03)
[4]輕載下的螺旋槳空化流場(chǎng)數(shù)值模擬[J]. 傅慧萍,李杰. 上海交通大學(xué)學(xué)報(bào). 2018(06)
[5]翼身融合水下滑翔機(jī)翼梢小翼減阻效應(yīng)研究[J]. 呂達(dá),宋保維,姜軍,黃橋高. 華中科技大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版). 2018(06)
[6]一種超體積準(zhǔn)則多目標(biāo)遺傳算法的螺旋槳葉片優(yōu)化方法[J]. 潘志榕,朱光宇,伊德景. 福州大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版). 2018(03)
[7]高速水面艦船多工況螺旋槳葉剖面優(yōu)化設(shè)計(jì)[J]. 曾志波. 中國(guó)造船. 2018(01)
[8]均流中PPTC螺旋槳梢渦空泡數(shù)值預(yù)報(bào)（英文）[J]. 劉登成,韋喜忠. 船舶力學(xué). 2017(12)
[9]基于大渦模擬的螺旋槳梢渦數(shù)值分析[J]. 胡健,耿沖,馮峰. 華中科技大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版). 2017(11)
[10]舵型參數(shù)對(duì)襟翼舵升力特性影響的數(shù)值計(jì)算研究[J]. 楊立,張華,沈定安,潘子英. 中國(guó)造船. 2017(01)
博士論文
[1]螺旋槳水動(dòng)力性能及流場(chǎng)分析的面元—渦粒子耦合算法研究[D]. 王有江.西北工業(yè)大學(xué) 2017
[2]槳葉幾何對(duì)梢渦空泡起始影響及其機(jī)理研究[D]. 辛公正.中國(guó)艦船研究院 2014
碩士論文
[1]JfS翼型襟翼舵水動(dòng)力性能及設(shè)計(jì)研究[D]. 常婷婷.上海交通大學(xué) 2017
[2]新型仿生螺旋槳水動(dòng)力性能及噪聲性能研究[D]. 姜慧.哈爾濱工程大學(xué) 2016
[3]扭曲舵節(jié)能效果數(shù)值研究[D]. 付翯翯.上海交通大學(xué) 2016
[4]仿生螺旋槳水動(dòng)力性能研究[D]. 谷雙泰.哈爾濱工程大學(xué) 2015
[5]基于遺傳算法的螺旋槳優(yōu)化設(shè)計(jì)研究[D]. 莫濤.哈爾濱工程大學(xué) 2014
[6]兩種不同優(yōu)化算法在螺旋槳設(shè)計(jì)中的應(yīng)用和比較[D]. 劉洋浩.哈爾濱工程大學(xué) 2012
[7]襟翼舵設(shè)計(jì)計(jì)算及水動(dòng)力性能仿真研究[D]. 謝俊超.武漢理工大學(xué) 2011
[8]基于遺傳算法的螺旋槳性能優(yōu)化研究[D]. 黃樹(shù)權(quán).大連理工大學(xué) 2009
本文編號(hào)：2896523
【文章來(lái)源】：大連海事大學(xué)遼寧省 211工程院校
【文章頁(yè)數(shù)】：132 頁(yè)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【部分圖文】：
圖１．１新型螺旋槳??Ｆｉｇ．?１．１?Ｎｅｗ－ｔｙｐｅ?ｐｒｏｐｅｌｌｅｒｓ??仿生工程己滲入到各個(gè)學(xué)科領(lǐng)域，且呈現(xiàn)出極高的科學(xué)技術(shù)成果水平
?仿生船舶螺旋獎(jiǎng)特性的數(shù)值模擬研究???Ｓ?＾??圖１．２貓頭鷹??Ｆｉｇ．?１．２?Ｏｗｌ??１．２國(guó)內(nèi)外相關(guān)研究現(xiàn)狀及進(jìn)展??１．２．１螺旋槳梢渦空泡的研究現(xiàn)狀??船舶螺旋槳空泡日益成為研究人員普遍關(guān)心的問(wèn)題，主要是因?yàn)槁菪龢张輹?huì)造成??螺旋槳的輻射噪聲増加、效率降低及汽蝕等問(wèn)題。其中螺旋槳梢渦的產(chǎn)生主要是由于在??螺旋槳的壓力面和吸力面存在壓差，水流會(huì)從高壓區(qū)流向低壓區(qū)，當(dāng)渦核的壓力低于汽??化壓力時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生梢渦空泡現(xiàn)象。??國(guó)內(nèi)外很多研宄人員用不同的方法進(jìn)行研究了船舶螺旋槳的梢渦及梢渦空泡現(xiàn)象。??其中，辛公正采用ＬＤＶ設(shè)備測(cè)量了螺旋槳在空泡水筒中產(chǎn)生梢渦時(shí)的流場(chǎng)結(jié)構(gòu)和梢??渦的運(yùn)動(dòng)軌跡，并對(duì)梢渦空泡進(jìn)行試驗(yàn)觀測(cè)，給出了梢渦速度場(chǎng)的分布情況，然后通過(guò)??改變?nèi)~梢?guī)缀危ㄈ缭黾尤~梢的厚度、局部向壓力面縱傾及葉梢外半徑區(qū)域的直導(dǎo)邊）使??得梢渦尾流的橫向流動(dòng)減弱，從而使得梢渦強(qiáng)度有所降低，達(dá)到抑制或推遲梢渦空泡初??生的目的。傅慧萍和李杰［４１，４２］通過(guò)對(duì)ＰＰＴＣ螺旋槳進(jìn)行空化流場(chǎng)的數(shù)值模擬研宄表明螺??旋形網(wǎng)格對(duì)于捕捉梢渦空泡是一種非常有效的手段，空化模型Ｚｗａｒｔ－Ｇｅｒｂｅｒ－Ｂｅｌａｍｒｉ中??的含氣率等參數(shù)對(duì)計(jì)算結(jié)果中的空泡形式以及壓力脈動(dòng)具有直接的影響。胡健等人［４３］??采用ＳＴＡＲ－ＣＣＭ＋軟件對(duì)螺旋槳梢渦脫落的現(xiàn)象進(jìn)行研究表明，基于重疊網(wǎng)格和ＬＥＳ??湍流模擬能較好地模擬螺旋槳梢渦結(jié)構(gòu)，在低進(jìn)速系數(shù)工況下，梢渦呈現(xiàn)出紊亂的形態(tài)，??在較高的進(jìn)速系數(shù)的工況下則為螺旋渦管的結(jié)構(gòu)。楊瓊方等人［４４，４５］研究螺旋槳空化斗和??關(guān)于判定空化初生以及低頻噪聲的預(yù)報(bào)，使用了?ＳＳＴ揣流模型及改
?仿生船舶螺旋槳特性的數(shù)值模擬研究???１．３本文主要研究思路??本文主要是受鳥(niǎo)類(lèi)翼型翅膀的啟發(fā)，仿生設(shè)計(jì)研究了兩種仿生船舶螺旋槳，一種基??于鳥(niǎo)類(lèi)翅膀的翼梢一般都有翹起的結(jié)構(gòu)仿生設(shè)計(jì)了具有葉梢小翼的仿生船舶螺旋槳，另??一種是基于鳥(niǎo)類(lèi)翅膀的翼型截面仿生設(shè)計(jì)了四種葉剖面的船舶螺旋槳，然后對(duì)其性能進(jìn)??行分析研究。本文的主要研究思路如下圖１．４所示：??仿生船舶螺旋槳特性的數(shù)值模擬研究??的主要研宄思路??，??????—??．??仿生船舶螺旋槳特性研究－??Ｉ?，?１?１?￣￣ｉ￣￣￣１?ｉ?！??仿生小翼螺旋槳｜?｜仿生葉剖面螺旋槳??－?１?－——?＼?ｉ?＇???±??Ｉ?｜建立三纟Ｉ仿生葉??ＳＳＴ々－ｄ莫型研究?ＬＥＳ模型研究仿?剖面螺旋獎(jiǎng)?：??仿生螺旋槳?｜生小旋槳?￣￣：￣￣ｙ???；?丨〒?｜網(wǎng)格正和?１??｜建立纟１旋槳?網(wǎng)格矗證和?｜模型驗(yàn)證?丨．■翻－驗(yàn)１？正１??：?幾何模型?模型驗(yàn)證?Ｉ???梢渦ｉ流與?＊Ｉ?１??Ｉ?．．，?空化性能?仿生葉‘面螓旋ｒ＾ｎ?：??不同后傾角仿生小翼的??１?槳的敞水特性?梢渦槳葉強(qiáng)度計(jì)析：??敞水特性和空化性能??—?；??圖１．４主要研究思路??Ｆｉｇ．?１．４?Ｍａｉｎ?ｒｅｓｅａｒｃｈ?ｉｄｅａｓ??（??１．４研究目的和研究意義??本文主要是從仿生的角度分別以減少船舶螺旋槳產(chǎn)生的梢渦空泡和提高螺旋槳的??敞水效率為目的對(duì)螺旋槳進(jìn)行設(shè)計(jì)分析研宄。在對(duì)仿生船舶螺旋槳進(jìn)行數(shù)值模擬分析之??前，首先采用結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單的船舶舵對(duì)數(shù)值求解模型和方
【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]融合小翼對(duì)風(fēng)力機(jī)氣動(dòng)性能的影響[J]. 胡丹梅,吳志祥,張開(kāi)華,張智偉. 可再生能源. 2019(09)
[2]基于CFD的對(duì)轉(zhuǎn)螺旋槳水動(dòng)力性能分析[J]. 孫承亮,趙江濱. 艦船科學(xué)技術(shù). 2019(03)
[3]斜流中的螺旋槳空化及壓力脈動(dòng)計(jì)算[J]. 傅慧萍,李杰. 中國(guó)造船. 2018(03)
[4]輕載下的螺旋槳空化流場(chǎng)數(shù)值模擬[J]. 傅慧萍,李杰. 上海交通大學(xué)學(xué)報(bào). 2018(06)
[5]翼身融合水下滑翔機(jī)翼梢小翼減阻效應(yīng)研究[J]. 呂達(dá),宋保維,姜軍,黃橋高. 華中科技大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版). 2018(06)
[6]一種超體積準(zhǔn)則多目標(biāo)遺傳算法的螺旋槳葉片優(yōu)化方法[J]. 潘志榕,朱光宇,伊德景. 福州大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版). 2018(03)
[7]高速水面艦船多工況螺旋槳葉剖面優(yōu)化設(shè)計(jì)[J]. 曾志波. 中國(guó)造船. 2018(01)
[8]均流中PPTC螺旋槳梢渦空泡數(shù)值預(yù)報(bào)（英文）[J]. 劉登成,韋喜忠. 船舶力學(xué). 2017(12)
[9]基于大渦模擬的螺旋槳梢渦數(shù)值分析[J]. 胡健,耿沖,馮峰. 華中科技大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版). 2017(11)
[10]舵型參數(shù)對(duì)襟翼舵升力特性影響的數(shù)值計(jì)算研究[J]. 楊立,張華,沈定安,潘子英. 中國(guó)造船. 2017(01)
博士論文
[1]螺旋槳水動(dòng)力性能及流場(chǎng)分析的面元—渦粒子耦合算法研究[D]. 王有江.西北工業(yè)大學(xué) 2017
[2]槳葉幾何對(duì)梢渦空泡起始影響及其機(jī)理研究[D]. 辛公正.中國(guó)艦船研究院 2014
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[1]JfS翼型襟翼舵水動(dòng)力性能及設(shè)計(jì)研究[D]. 常婷婷.上海交通大學(xué) 2017
[2]新型仿生螺旋槳水動(dòng)力性能及噪聲性能研究[D]. 姜慧.哈爾濱工程大學(xué) 2016
[3]扭曲舵節(jié)能效果數(shù)值研究[D]. 付翯翯.上海交通大學(xué) 2016
[4]仿生螺旋槳水動(dòng)力性能研究[D]. 谷雙泰.哈爾濱工程大學(xué) 2015
[5]基于遺傳算法的螺旋槳優(yōu)化設(shè)計(jì)研究[D]. 莫濤.哈爾濱工程大學(xué) 2014
[6]兩種不同優(yōu)化算法在螺旋槳設(shè)計(jì)中的應(yīng)用和比較[D]. 劉洋浩.哈爾濱工程大學(xué) 2012
[7]襟翼舵設(shè)計(jì)計(jì)算及水動(dòng)力性能仿真研究[D]. 謝俊超.武漢理工大學(xué) 2011
[8]基于遺傳算法的螺旋槳性能優(yōu)化研究[D]. 黃樹(shù)權(quán).大連理工大學(xué) 2009
本文編號(hào)：2896523
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