船桨舵流场数值模拟及水动力噪声特性研究

摘要

螺旋桨作为船舶推进的动力装置而舵作为船舶控制航向的设备，两者之间的相互作用复杂，同时螺旋桨和舵在流场中工作将引起严重的水动力噪声。所以对船桨舵系统共同作用下的伴流场流动特性和桨舵水动力噪声进行研究分析是很有必要的。本文以某35000DWT散货轮为研究对象，基于CFD方法应用SST k–ω湍流模型研究螺旋桨水动力性能和船桨舵伴流场流动特性，采用FW-H声类比方法分析螺旋桨水动力噪声特性。
　　首先，基于选取的研究对象，建立螺旋桨和舵相互作用的流体域计算模型。利用FLUENT中的SST k–ω湍流模型对舵前桨敞水性能进行定常分析。研究舵和桨舵间距比对螺旋桨水动力性能的影响，对比分析不同进速系数下的桨舵尾流场。
　　其次，建立完整的船桨舵和伴流场计算模型，采用多重参考系模型，对船桨舵伴流场进行仿真分析。研究舵对船桨伴流场的影响，对比不同进速系数、舵攻角以及桨舵间距比下船桨舵伴流场的流动特性。
　　接着，基于CFD方法，对船桨舵伴流场进行非定常分析，研究船桨系统作用下的螺旋桨推力和转矩特性，对比分析舵对螺旋桨推力和转矩的影响。综合船舶实际情况，对比分析进速系数、舵攻角以及桨舵间距比下的螺旋桨推力和转矩特性。
　　最后，基于瞬态分析的船桨舵伴流场结果，采用FW-H声类比方法，仿真分析螺旋桨水动力噪声。研究舵、进速系数、舵攻角和桨舵间距比对螺旋桨水动力噪声总声压级在各平面上的指向性、各远场噪声接收点声压特性以及桨舵水动力噪声总声压级轴向分布的影响。

目录

声明

第 1 章 绪 论

1.1 研究背景

1.2 螺旋桨水动力性能研究进展

1.3 螺旋桨和舵水动力噪声特性研究进展

1.4 本文的主要研究内容

第 2 章 桨舵水动力噪声理论

2.1 引言

2.2 螺旋桨理论

2.3 舵理论

2.4 计算流体力学理论

2.5 声学理论

2.6 本章小结

第 3 章 单桨与舵前桨敞水性能对比研究

3.1 引言

3.2 模型建立

3.3 螺旋桨敞水动力性能计算

3.4 计算结果及分析

3.5 本章小结

第 4 章 船桨舵流场数值模拟及水动力特性分析

4.1 引言

4.2 船桨舵流体域仿真模型及参数设置

4.3 船桨舵伴流场流动特性分析

4.4 船桨舵系统下的螺旋桨水动力特性

4.5 本章小结

第 5 章 螺旋桨辐射噪声特性分析

5.1 引言

5.2 总声压级指向性

5.3 总声压级轴向分布特性

5.4 本章小结

结论

参考文献

致谢