西江航线主流船型螺旋桨推进性能分析

摘要

随着将西江水系打造成为亿吨级黄金水道上升为国家战略以来，整条航线上无论船舶数量还是船舶吨位都迅速增长，而螺旋桨作为推动船舶运动的机械设备，承担着将柴油机产生的功率转化成能够控制船舶运动的推进力的角色，所以螺旋桨推进性能的优劣将会在很大程度上影响船舶的航行速度与经营成本，因此在建设黄金水道的背景下开展西江航线主流船型螺旋桨的推进性能分析就有较高的工程现实意义，论文的主要研究工作与成果如下： （1）建立了船体和螺旋桨实体模型以及仿真计算模型。利用西江航线主流船型船体CAD图纸完成船体的建模工作，计算船体有效马力并根据B型设计图谱经初步设计与终结设计后得到螺旋桨设计参数，完成螺旋桨的实体模型构建，在CFD软件Fluent前处理中完成仿真模型的建立。 （2）对比分析了在均匀流场与非均匀流场的螺旋桨推进性能。在均匀流场中分别计算三种湍流模型和SM模型的仿真结果，并与船池试验值对比，结果表明采用Reliablek-ε湍流模型和SM模型的精度最高；由非均匀流场中螺旋桨推进性能分析可知，非均匀流场会直接改变螺旋桨盘面前的来流速度进而影响到螺旋桨盘面上的压力分布，导致单桨叶的推力值与转矩值在不同圆周位置时发生较大波动，但对整体影响不大，可以看出非均匀流场中螺旋桨推力与转矩要高于均匀流场。 （3）分析了空化对螺旋桨推进性能的影响。在均匀流场中分别对不同湍流模型、不同空化模型以及不同空化数下产生的空化对螺旋桨推进性能的影响进行分析，结果表明，与其它湍流模型相比k-ωSST模型更适于研究空化影响下螺旋桨推进性能分析；两种空化模型在螺旋桨推进性能上的影响相差非常小；随着空化数?的降低，空化现象的产生与发展也更加明显，在较高进速系数时就会发生空化现象，对应出现推力、转矩急剧减小的进速系数相应变大，从而对推进性能的影响也相应变大。 （4）分析了结构参数变化对螺旋桨推进性能影响。在一定的范围内分别改变螺旋桨的螺距大小与纵斜角大小，结果表明，在均匀流场中螺旋桨螺距的改变对螺旋桨的推力系数、转矩系数和敞水效率影响较大，在一定范围内随着螺距的逐渐变大螺旋桨所发出的推力跟转矩也逐渐变大，适当减小螺距，可以提高敞水效率；虽然纵斜角度的改变对螺旋桨的推力、转矩和敞水效率影响很小，但是适当增大纵斜角可以减轻螺旋桨运转带来的船体诱导振动。

目录

声明

第1章 绪论

1.1研究背景与意义

1.2国内外船舶螺旋桨推进性能研究现状

1.2.1均匀流场与非均匀流场中螺旋桨推进性能研究

1.2.2螺旋桨空化影响下推进性能研究

1.2.3螺旋桨变参数影响下推进性能研究

1.3 本文的主要工作和技术路线

1.3.1 研究内容

1.3.2 技术路线

第2章 主流船型阻力计算及螺旋桨建模

2.1船体阻力数值计算

2.1.1船体阻力分类

2.1.2船体阻力获取方法

2.1.3船体阻力计算及结果分析

2.2建立螺旋桨几何模型

2.2.1螺旋桨基本参数的确定

2.2.2螺旋桨三维模型的建立

2.3本章小结

第3章 不同流场中螺旋桨推进性能对比分析

3.1基本方程与物理模型

3.1.1基本控制方称

3.1.2湍流模型

3.2数值模型的建立

3.2.1网格划分

3.2.2边界条件设置

3.3数值计算结果分析

3.3.1均匀流场下螺旋桨推进性能分析

3.3.2非均匀流场下螺旋桨推进性能分析

3.4本章小结

第4章 螺旋桨空化影响下推进性能分析

4.1基本方程与物理模型

4.1.1基本控制方称

4.1.2空化模型

4.2计算结果分析

4.2.1不同湍流模型下的空化对螺旋桨推进性能影响分析

4.2.2不同空化模型下螺旋桨推进性能分析

4.2.3不同空化数下螺旋桨推进性能分析

4.3本章小结

第5章 螺旋桨变参数影响下推进性能分析

5.1螺旋桨纵斜角变化

5.1.1纵斜角调整方法

5.1.2计算结果对比分析

5.2螺旋桨螺距变化

5.2.1螺距调整方法

5.2.2计算结果对比分析

5.3本章小结

第6章 总结与展望

6.1总结

6.2展望

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间科研成果

攻读硕士期间参加的科研项目