带有舵球式推力鳍的船用舵水动力性能研究

论文摘要

近年来,随着世界航运业的发展和国际能源局势的加剧,船舶节能技术的研究变得越来越迫切。而对螺旋桨后尾流所带走的能量的回收,现已成为船舶节能研究方面的重要内容。本文对一种安装方便、投资少的水动力节能组合装置-舵球式推力鳍进行了理论研究,并且对加装了舵球式推力鳍的桨舵系统进行了水动力性能计算。主要运用CFD软件FLUENT,并且结合了FORTRAN、AUTO CAD、TECPLOT等辅助手段。具体内容有如下几个方面：针对某敞水螺旋桨,在计算流体力学软件FLUENT中采用RNGk-ε双方程湍流模型,结合多重参考系方法,计算了其定常水动力性能,得到了在不同进速系数下的推力和扭矩系数,以此绘制了敞水性征曲线,并且与试验值进行对比,误差控制在较小的范围内,证明了本文理论计算方法的可靠性。同时对一片桨叶在高低进速下叶背、叶面的压力分布,桨盘面处的速度分布进行了详细地分析。在CFD软件FLUENT中采用滑移网格模型,计算了桨-舵系统的非定常水动力性能。分析了螺旋桨和舵在来流方向上的受力和转矩在一个旋转周期内的变化情况,同时对螺旋桨与舵之间的流场速度分布进行了分析。在上述基础上,在桨舵干扰计算模型中加装舵球和舵球式推力鳍进行水动力性能预报。计算了桨-舵-舵球和桨-舵-舵球式推力鳍这两个系统在不同进速系数下的推力系数、转矩系数以及效率,得出了舵球和舵球式推力鳍这两种桨后装于舵上的附加节能装置的节能效果。与此同时,还对鳍的剖面形状和安装角这两个直接影响其助推效率的参数进行了变尺度研究,选取了NACA0012、NACA0015和CLARK-Y三种翼型和0度、2度、4度三个安装角,讨论了它们对节能效果的影响。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 水动力节能附体的技术进展和理论研究
• 1.2.1 舵球的研究进展
• 1.2.2 舵附推力鳍的研究进展
• 1.2.3 桨舵及其附体干扰的理论研究
• 1.3 计算流体力学软件FLUENT
• 1.4 本文工作
• 第2章 敞水螺旋桨水动力性能计算
• 2.1 CFD基本理论
• 2.1.1 流体动力学控制方程
• 2.1.2 湍流流动
• 2.1.3 控制方程的离散
• 2.1.4 SIMPLEC算法
• 2.1.5 FLUENT中区域运动方式
• 2.2 敞水螺旋桨建模
• 2.2.1 建立几何模型
• 2.2.2 建立敞水螺旋桨计算控制域
• 2.2.3 网格划分
• 2.2.4 边界条件设定
• 2.2.5 求解模型和参数的设定
• 2.3 数值模拟结果及分析
• 2.3.1 计算结果分析
• 2.3.2 对桨叶叶面叶背表面压力分布的分析
• 2.3.3 对桨盘面速度分布图的考察
• 2.4 本章小结
• 第3章 桨舵干扰水动力性能计算
• 3.1 引言
• 3.2 计算模型和主要参数设置
• 3.3 数值计算结果
• 3.4 本章小结
• 第4章 桨-舵-舵球和桨-舵-舵球式推力鳍系统水动力计算
• 4.1 引言
• 4.2 桨-舵-舵球系统
• 4.2.1 计算模型
• 4.2.2 数值计算结果与分析
• 4.3 桨-舵-舵球式推力鳍系统
• 4.3.1 模型的建立
• 4.3.2 数值计算结果与分析
• 4.4 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