扭曲舵的水动力性能研究

论文摘要

近些年来,国际能源局势越来越严重,节能已经成为我国经济发展中的长期战略任务,船舶作为当今的主要运输工具,其节能技术备受关注。节能附体因成本较低,安装简便等优点,已得到广泛使用。扭曲舵是一种新型节能附体,可通过扭曲舵叶剖面来适应螺旋桨尾流,以进一步提高推进效率。本文对扭曲舵进行了研究,主要的工作有：介绍了CFD方法的基本理论,并用CFD软件FLUENT计算了敞水桨和桨舵干扰的水动力性能,与实验值进行了比较,验证了CFD方法定常和非定常计算的有效性,并对桨舵干扰的流场特性进行了研究；介绍了基于面元法的螺旋桨和桨舵干扰问题求解方法,以此方法预报了敞水桨和桨-舵系统性能,计算值与实验值及CFD结果吻合良好,并研究了舵敞水和在桨后情况的舵前流场；根据扭曲舵的工作原理和螺旋桨后的流场特性,对扭曲舵进行了设计和建模,分别应用CFD方法和面元法对桨与扭曲舵相互干扰水动力性能进行了计算与比较。同时,研究了扭曲舵和普通舵在螺旋桨后的空泡性能。结果表明,扭曲舵的节能效果较普通舵为佳,且具有较好的空泡性能。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 研究的目的和意义
• 1.2 国内外的研究进展
• 1.2.1 桨舵干扰的研究概况
• 1.2.2 国内外在船舶节能方面的研究进展
• 1.2.3 国内外在舵空泡方面的研究进展
• 1.3 本文的主要研究内容
• 第2章 CFD方法桨舵干扰水动力性能研究
• 2.1 CFD基本理论
• 2.1.1 质量守恒方程
• 2.1.2 动量守恒方程
• 2.1.3 湍流模型
• 2.2 CFD方法有效性验证
• 2.2.1 有效性验证的方法
• 2.2.2 CFD方法定常有效性验证
• 2.2.3 CFD方法非定常有效性验证
• 2.3 桨舵干扰水动力性能研究
• 2.4 本章小结
• 第3章 面元法预报桨舵干扰水动力性能
• 3.1 基于面元法的螺旋桨定常水动力性能计算
• 3.1.1 基本理论
• 3.1.2 数值求解
• 3.1.3 螺旋桨水动力性能确定
• 3.2 基于面元法的舵定常水动力性能计算
• 3.3 基于面元法的桨舵干扰水动力性能计算
• 3.3.1 应用面元法计算螺旋桨和舵的诱导速度场
• 3.3.2 桨舵干扰的数值计算
• 3.4 计算结果与分析
• 3.5 本章小结
• 第4章 扭曲舵水动力性能计算
• 4.1 扭曲舵的设计
• 4.1.1 扭曲舵的设计原理
• 4.1.2 扭曲舵转角的计算
• 4.1.3 扭曲舵模型的建立
• 4.2 CFD方法扭曲舵水动力性能计算
• 4.2.1 建立计算控制域及网格划分
• 4.2.2 计算结果
• 4.3 面元法扭曲舵水动力性能计算
• 4.4 本章小结
• 第5章 扭曲舵空泡性能计算
• 5.1 控制方程
• 5.2 空化模型
• 5.3 壁面函数的选择
• 5.4 模型的建立及网格的划分
• 5.5 空泡预报
• 5.6 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