喷水推进三体船流场及阻力预报

论文摘要

随着海洋资源的开发,各种各样的高性能船应运而生,其中三体船是其中备受青睐的一种新船型,瘦长的船型决定了它良好的阻力性能,宽大的甲板面积无论是民用还是军用都优于一般船型。喷水推进器又是为高性能船量身打造的推进器,它的推进优势在低速时还并不明显,可是在高速时,无论是抗空化还是噪声方面都远优于一般的螺旋桨推进。本文利用粘流理论研究喷水推进三体船周围流场及其阻力,目的是探讨理论预报方法,分析喷水推进对三体船的阻力影响,为优良性能三体船设计提供技术指导。本论文针对喷水推进三体船的流动特点,分析了非结构网格的适用性,以单体船为例研究了不同湍流模式阻力对预报结果的影响,针对选用的湍流模式,采用结构网格和非结构网格结合的网格划分形式,进行了喷水推进三体船的船体周围流场分析和阻力预报。研究了喷水推进流道四种入口形式的入口处压力分布、唇部和斜坡局部压力分布,进行了较优方案的选取。研究了三体船中体两个喷水推进器和船体之间的流场和水动力干扰。分析了喷水推进流道入口与船体之间的流场干扰、轴流泵附近流场。分析了喷水推进与不同船体尾部形状之间的流场和水动力干扰。研究了三种尾部形状、横向和纵向6种喷口布置的三体船周围流场,预报了阻力。研究表明,喷水推进对三体船周围的流场有显著影响,尾部流场受影响较大,三体船的阻力有所增加。喷水推进对船体阻力的影响因船型等不同有很大差异,与没有喷水推进器相比,最小时低于5%,最高时可达30%-40%。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 目录
• 第1章 绪论
• 1.1 课题研究的背景和意义
• 1.2 三体船和喷水推进器的优越性
• 1.3 三体船的发展现况
• 1.4 喷水推进器在船舶领域的应用
• 1.4.1 喷水推进器在民船上的应用
• 1.4.2 喷水推进器在军船上的应用
• 1.5 喷水推进器的国内外研究概况
• 1.5.1 喷水推进泵
• 1.5.2 喷水推进器的流道研究
• 1.5.3 喷水推进器对阻力的影响研究
• 1.6 本文的主要工作
• 第2章 基本理论和方程
• 2.1 流场的控制方程
• 2.2 湍流模型
• 2.2.1 几种湍流模拟方法简介
• 2.2.2 涡粘模型
• 2.2.3 RNG k-ε模型
• 2.2.4 SST k-ω模型
• 2.3 控制方程的求解方法
• 2.4 流体体积函数法（VOF）
• 2.5 边界条件
• 2.6 喷水推进的基本方程
• 2.6.1 喷水推进效率
• 2.6.2 三种喷水推进理论及表达式
• 2.6.3 管道损失系数
• 2.7 滑移网格模型
• 2.8 本章小结
• 第3章 喷水推进器流场数值模拟
• 3.1 喷水推进器流道及入口设计
• 3.2 四种设计方案的流场及效率比较
• 3.3 数值计算结果及分析
• 3.4 本章小结
• 第4章 单体船流场模拟及阻力预报
• 4.1 网格划分与参数设置
• 4.1.1 网格划分及检查
• 4.1.2 边界条件和参数设置
• 4.2 数值计算及结果分析
• 4.3 湍流模型对阻力的影响
• 4.4 阻力计算结果
• 4.5 船体周围的流场和船体周围波形
• 4.6 本章小结
• 第5章 喷水推进三体船流场数值模拟
• 5.1 网格划分
• 5.2 数值计算及结果
• 5.2.1 计算船模及主要参数
• 5.2.2 阻力计算结果分析
• 5.3 喷水推进器内部及边界附近流场模拟结果
• 5.4 船体尾部形状及喷口布局对阻力的影响
• 5.4.1 计算模型和网格划分
• 5.4.2 计算结果分析比较
• 5.5 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果
• 致谢