舰船阻力特性及螺旋桨压力脉动特性研究

摘要

影响舰船的快速性主要有两方面的因素，即舰船的阻力性能和螺旋桨的推进性能。一方面，良好的阻力性能有利于提高舰船的机动性和经济性，而另一方面，舰船的高速前行需要螺旋桨提供更大的推力，使得螺旋桨诱导的压力脉动现象更加显著，严重时还可能产生空化现象，危害舰船的安全。因此有必要针对这上述方面进行研究。
　　本文采用 Fluen软件提供的标准 k-?湍流模型，针对某型号舰船的阻力特性及螺旋桨的压力脉动特性进行了数值模拟。主要研究了Fr数对舰船绕流流场、各阻力及阻力系数的影响规律，分析各部分阻力变化的流场内在因素，对比分析单体船和双体船阻力性能上的异同点；研究了非空化条件下船后螺旋桨区域不同位置测点的压力信号规律，分析螺旋桨转速对尾部流场和压力脉动情况的影响；研究了在空化条件下，不同进速系数、空泡数对实际尺寸螺旋桨尾流流场、外特性参数、压力脉动情况的影响。
　　研究表明，（1）单体船和双体船伴流流场、阻力性能的变化规律具有很高的相似性，但在各阻力、阻力系数的大小以及局部流场方面却存在一定的差异，随着Fr数的增加，舰船的粘性阻力和兴波阻力都在增加；（2）螺旋桨前后区域监测点的频率成分比较简单，第一主频均为螺旋桨叶频（5倍频），而螺旋桨间的测点的频率成分则比较复杂。由于非均匀来流的影响，位于同一平面而不同方位的测点的压力脉动情况会存在一定的差异。随着螺旋桨转速的提高，螺旋桨周围区域压力脉动的幅值都在增加；（3）随着进速系数跟空泡数的增大，螺旋桨空化程度逐渐减小，推进效率曲线呈现出先增大后减小的趋势。随着距离的增加，螺旋桨后轴向测点的第一主频从叶频逐渐过渡为转频，并且压力脉动幅值迅速减小。

目录

第1章 绪论

1.1课题背景及研究的目的和意义

1.2船舶CFD的发展

1.3国内外在该方向的研究现状及分析

1.4本文主要研究内容

第2章 数值计算原理

2.1控制方程及湍流模型

2.2近壁区流动处理

2.3多相流及多项流模型简介

2.4控制方程的离散及求解方法

2.5网格类型简述

2.6本章小结

第3章 舰船的阻力性能分析

3.1模型建立与计算网格划分

3.3边界条件设定

3.4网格无关性验证

3.5单体船阻力计算

3.6双体船阻力计算

3.7本章小结

第4章 考虑自由液面的螺旋桨压力脉动特性分析

4.1计算网格的划分以及边界条件设定

4.2流场信息分析

4.3压力脉动分析

4.4本章小结

第5章 螺旋桨空化流场和压力脉动特性分析

5.1 重要参数介绍

5.2计算设置

5.3定常计算结果分析

5.4非定常计算结果分析

5.5本章小结

结论与展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果

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致谢