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【6h】

导管螺旋桨水动力性能和船尾伴流场的CFD模拟

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摘要

Abstract

第1章 绪论

1.1 研究目的及意义

1.2 研究进展综述

1.2.1 导管螺旋桨的水动力性能预报

1.2.2 船后流场的计算

1.3 本文所用软件介绍

1.3.1 PRO/ENGINEER软件介绍

1.3.2 FLUENT软件介绍

1.4 本文主要工作

第2章 基本理论与数值方法

2.1 流动控制方程

2.2 湍流模型

2.2.1 Baldwin-Lomax(B-L)代数模式

2.2.2 二方程湍流模型——k-ε模型

2.2.3 二方程湍流模型——k-ω模型

2.3 数值离散方法

2.3.1 有限差分法

2.3.2 有限体积法

2.4 RANS方程的数值求解

2.5 数值网格生成

2.5.1 结构网格生成方法

2.5.2 非结构网格生成方法

2.6 边界条件

2.7 本章小结

第3章 单螺旋桨定常水动力性能预报

3.1 几何建模

3.2 计算域和网格划分

3.3 边界条件和计算模式设置

3.4 计算结果分析

3.5 本章小结

第4章 导管螺旋桨定常水动力性能预报

4.1 导管螺旋桨几何建模

4.2 流域和网格划分

4.3 边界条件和计算模式设置

4.4 计算结果分析

4.5 本章小结

第5章 船尾流场的数值模拟

5.1 船舶几何建模和计算域选取

5.2 船模网格划分

5.3 边界条件处理和计算模式的设置

5.4 计算结果分析

5.4.1 裸船体船尾伴流分析

5.4.2 带附体船舶船尾伴流分析

5.5 本章小结

第6章 论文总结与展望

6.1 全文总结

6.2 研究展望

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间发表的论文及参加的科研项目

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摘要

导管螺旋桨作为一种特种推进器,与普通螺旋桨相比在重载荷工况下导管螺旋桨具有效率高,推力大,振动小等一系列优点,深受国内外船舶科研者的青睐。导管螺旋桨的理论研究是在势流范围,采用升力面和面元法及升力面和面元法耦合的方法对导管螺旋桨的定常水动力性能已进行了大量研究;采用升力面涡格法和非定常面元法耦合计算导管螺旋桨的非定常也取得了很大的进展。
  为了克服势流理论模型的局限性,同时近年来随着CFD方法的发展和计算流体力学商用软件不断完善,CFD计算软件在船舶流体力学领域得到越来越广泛的应用。本文采用PRO/ENGINEER、GAMBIT和FLUENT商用软件对常规螺旋桨、导管螺旋桨及12缆物探船分别进行网格划分及数值模拟。主要完成的研究工作如下:1)对DTMB P4119螺旋桨和19A导管+Ka4-70导管螺旋桨进行了三维建模,选取适当的计算模式,对螺旋桨的三维粘性流场进行数值模拟计算,得到螺旋桨的敞水性能,与试验结果比较,证明计算模型的可靠性。2)对一物探船裸船体和带附体标称伴流场进行了数值模拟,比较了不同航速下船后标称伴流场的变化情况,着重分析了船后附体轴支架和尾翼对船后标称伴流场的影响,和带附体物探船模型实验进了对比,轴向伴流的轴向变化趋势和实验结果吻合,大小和实验结果也接近。计算结果与试验结果的对比表明本文采用的数值方法可以用于螺旋桨和船舶的水动力性能的模拟计算和预测,且能获得常规方法无法得到的流场流态、速度、压力分布等,这必将减少试验的工作量,提高工作效率。

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