非均匀来流中螺旋桨性能的CFD模拟方法研究

摘要

目前CFD方法在船舶螺旋桨上的应用不断增多，并逐步取代升力面和面元等势流方法，成为螺旋桨性能数值预报的主要手段。在螺旋桨的CFD模拟中，非均匀来流中螺旋桨的性能预报是一个重要环节，如何对桨叶平均力、非定常力以及空泡等性能进行准确预报是一项值得研究的工作。
　　在船尾伴流中螺旋桨非定常水动力的CFD预报方面，一般需要船桨同时计算，这样会增加计算模型的复杂性，消耗大量的计算时间，并且精确模拟船体与桨之间的非定常相互作用难度较高。如果不使用船体作为伴流发生器，由于CFD计算中只能将桨盘面处的伴流场设定在计算域入流边界处，则需要解决非均匀流从入流边界到桨盘面流动过程中的耗散问题。
　　为此，本文尝试研究给定入流边界非均匀流速分布时螺旋桨非定常力的CFD预报方法。通过减小从入流边界到桨盘面的距离并加密该区域网格来减小速度耗散量，同时在入流边界处导入螺旋桨诱导速度(采用势流方法计算)，减小由于计算域缩小引起的水动力计算误差。计算与试验的比较表明，本文方法可以对轴向伴流中的螺旋桨非定常力进行较准确的预报，入流距离的缩短有效减少了伴流的耗散，加入诱导速度改善了水动力时间平均值的计算精度。
　　本文还将考虑诱导速度的计算方法应用于导管螺旋桨系柱工况性能的CFD预报。目前系柱性能预报一般采用大计算域减弱边界回流影响、克服收敛速度慢的困难，而本文方法不仅可以大幅减小计算域尺寸、提高计算效率，而且能够提高系柱水动力模拟精度。

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上海交通大学硕士学位答辩决议书

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第一章 综述

1.1研究目的和意义

1.2 课题研究现状

1.3 本论文研究内容

第二章 数值计算方法

2.1 势流升力面理论涡格法

2.2 粘流CFD计算方法

2.3 FLUENT软件介绍

第三章 考虑诱导速度的螺旋桨敞水性能CFD模拟

3.1概述

3.2 数值模拟方法

3.3 算例与分析

3.4 结论

第四章 非均匀来流的耗散分析

4.1概述

4.2 耗散的解释

4.3九阶特性筛栅伴流耗散研究

4.4 小结

第五章 非均匀流场中的螺旋桨非定常性能CFD模拟

5.1概述

5.2 船尾伴流耗散分析

5.3 Seiun-Maru大侧斜桨在船尾伴流中的水动力性能模拟

5.4 小结

第六章 系柱工况下导管桨的水动力性能预报

6.1概述

6.2 算例与分析

6.3 小结

第七章 结束语

7.1论文工作总结

7.2 本文创新点

7.3 工作展望

参 考 文 献

致谢

攻读硕士学位期间已发表或录用的论文