非均匀流中螺旋桨空泡及脉动压力的数值和试验研究

摘要

该文首先对国内外近处来关于螺旋桨非定常性能预报、空泡理论预报、船体表面脉动压力计算,以及螺旋桨诱导的船体表面脉动压力的模型和实船测试等方面的研究工作进行了综述和分析.从这些综述和分析中可以看到,面元法已经成为目前船用螺旋桨最重要的理论分析方法,已广泛应用于螺旋桨非定常性能预报,并开始应用于螺旋桨三维空泡的预报.国内在螺旋桨非定常性能的面元法预报方面已开展了一些工作,但在用面元法预报螺旋桨空泡方面还处于空白.在脉动压力的测试方面,虽然国内已拥有了减压水池这样的先进设备,但还没有开展脉动压力测试方面的工作.另外,国内在脉动压力实船测试方面的工作特别薄弱,今后应引起特别的重视.该文采用基于速度势的低阶面元法进行螺旋桨非定常性能的预报,对面元法的基本公式、边界条件、数值求解方法等进行了较详细的描述,对影响计算精度的问题进行了讨论,并编制了计算程序.该文叙述了应用面元法确定非定常螺旋桨局部空泡、超空泡的范围和体积的计算公式和数值求解方法,在国内首次应用面元法预报了螺旋桨非定常空泡的范围和体积.该文从理论计算和模型试验两个方面系统地研究了不均匀流场中螺旋桨空泡诱导的船体表面脉动压力的预报问题.采用国际上最先进的面元法,通过螺旋桨非定常流体动力性能和桨叶压力分布的预报,螺旋桨非定常空泡的预报,以及螺旋桨空泡诱导的船体表面脉动压力的预报等,建立了一套完整的预报非定常空泡螺旋桨诱导的船体表面脉动压力的方法和程序.该文提供的计算方法和程序,在船体型线设计、附体设计及布置和螺旋桨设计的方案选择中,可以从船体表面脉动压力的角度提供判断依据,对于提高船舶的整体设计水平可发挥重要的作用.该文在国内首次完成的,在减压拖曳水池中进行空泡螺旋桨诱导的船体表面脉动压力测试,对于提高我国螺旋桨脉动压力测试技术做出了贡献.

目录

文摘

英文文摘

第1章绪论

1.1引言

1.2螺旋桨非定常理论计算方法的研究进展

1.2.1面元法的基本公式

1.2.2数值求解中的问题

1.2.3非定常问题的求解方法

1.3螺旋桨非定常空泡的理论计算方法

1.4空泡螺旋桨诱导的船体表面脉动压力的预报方法

1.4.1螺旋桨诱导的船体表面脉动压力的理论预报方法

1.4.2船体表面脉动压力的模型及实船测试

1.5本文的主要工作

第2章螺旋桨非定常压力分布的面元法预报

2.1引言

2.2控制方程和边界条件

2.2.1坐标系与螺旋桨的几何表达

2.2.2边值问题

2.3数值求解方法

2.3.1桨叶、桨毂及尾流的离散

2.3.2方程及边界条件的离散

2.3.3螺旋桨力及压力分布的计算

2.4计算结果

2.4.1敞水性能的计算比较

2.4.2非定常力的计算比较

2.4.3桨叶压力分布的计算比较

2.5本章小结

第3章非定常螺旋桨空泡的预报方法

3.1引言

3.2基本问题

3.2.1边界条件

3.2.2控制方程

3.3数值求解方法

3.3.1桨叶和尾流的离散

3.3.2数值过程

3.3.3空泡表面上的非定常动力学边界条件DBC

3.3.4空泡表面上DBC的离散

3.3.5空泡封闭条件及空泡形状的表示

3.3.6关于局部空泡流动积分方程的离散化

3.3.7关于超空泡流动积分方程的离散化

3.3.8联立方程的形成和求解过程

3.3.9求解空泡的厚度

3.4空泡计算结果

3.5本章小结

第4章螺旋桨诱导的船体表面脉动压力的计算

4.1引言

4.2无限流场中螺旋桨诱导的脉动压力计算方法

4.3计算结果

4.4本章小结

第5章船体表面脉动压力的模型测试研究

5.1引言

5.2试验设施及试验模型

5.3试验方法和测试内容

5.4试验结果

5.5与空泡水筒测试结果的比较

5.6与理论预报结果的比较

5.7本章小结

第六章全文总结

致谢

参考文献

攻读博士学位期间发表的论文及科研工作