螺旋桨毂帽鳍节能降噪研究

【摘要】： 近年来,随着世界航运业的发展和国际能源局势的加剧,船舶节能技术越来越受到世界造船业和航运业的重视。螺旋桨作为当今船舶的主要推进装置,针对它的附加节能装置则成为研究的热点。螺旋桨毂帽鳍是近年来研制的一种在桨毂帽处安装整流鳍板的新型节能装置。 关于毂帽鳍的深入研究目前还在起步阶段,而且研究方式基本上是试验研究,从理论上寻求一种适宜的设计方法,对于毂帽鳍的推广应用是很有实际意义的。 本文以环流理论为基础,探讨了采用定常升力线理论中的诱导因子法计算螺旋桨和毂帽鳍的水动力性能的新方法。把毂帽鳍视为涡轮桨串列在桨后,按最佳环量分布法设计较高效率的毂帽鳍形状。 运用Fluent软件模拟定常情况下加装毂帽鳍后螺旋桨的水动力性能,并对桨叶和鳍叶在高低进速下叶背、叶面的压力和速度分布进行了详细地分析,分析验证毂帽鳍作用的机理。计算了在不同进速系数下的推力和扭矩系数,并以此绘制了相关的敞水特性曲线,并通过母型桨和试验桨的对比,得到了比较满意的结果。 采用Fluent模拟的方法,以螺旋桨效率为基础,通过系列的模型试验模拟,定量探讨在螺旋桨毂帽处加装毂帽鳍之后,其对螺旋桨效率的影响,同时还确认了诸如毂帽形状、鳍叶数量、尺寸、形状、安装角等多个直接影响螺旋桨效率的敏感因子的最佳参数范围。 系统分析了毂帽鳍节能降噪的机理及其受力特点,并考虑了计及舵影响下毂帽鳍的性能,表明毂帽鳍具有结构简单节能效果良好的特点。 【关键词】：毂帽鳍 节能 降噪 Fluent 水动力性能
【学位授予单位】：哈尔滨工程大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2009
【分类号】：U664.33
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-11
• 第1章 绪论11-20
• 1.1 引言11-12
• 1.2 螺旋桨和毂帽鳍的研究进展和现状12-16
• 1.2.1 螺旋桨的研究12-14
• 1.2.2 毂帽鳍的理论与试验研究14-15
• 1.2.3 毂帽鳍研究现状15-16
• 1.3 计算流体力学的发展16-18
• 1.4 本文的主要工作18-19
• 1.5 本章小结19-20
• 第2章 螺旋桨毂帽鳍的性能计算方法20-31
• 2.1 引言20
• 2.2 螺旋桨和毂帽鳍诱导速度场的计算20-25
• 2.3 毂帽鳍的水动力性能计算25-27
• 2.4 毂帽鳍叶片几何形状确定27-30
• 2.5 本章小结30-31
• 第3章 基于CFD的敞水带鳍螺旋桨水动力性能计算31-59
• 3.1 引言31
• 3.2 CFD基本理论31-34
• 3.2.1 控制方程31-32
• 3.2.2 连续性方程32
• 3.2.3 动量守恒方程32-33
• 3.2.4 湍流模型的选取33-34
• 3.3 加鳍螺旋桨建模34-39
• 3.3.1 几何模型的建立34-36
• 3.3.2 敞水加鳍螺旋桨计算控制域的确定36
• 3.3.3 网格划分36-38
• 3.3.4 边界条件的建立38-39
• 3.4 数值模拟结果及分析39-57
• 3.4.1 对桨叶和鳍表面上的压强云图的考察40-44
• 3.4.2 对不同桨盘面上压强和速度分布图的考察44-49
• 3.4.3 对带鳍螺旋桨上速度矢量图和尾涡分布图的考察49-52
• 3.4.4 计算结果分析52-55
• 3.4.5 雷诺数对计算结果的影响55-57
• 3.5 本章小结57-59
• 第4章 毂帽鳍主要参数对助推效率的影响59-69
• 4.1 引言59
• 4.2 毂帽鳍主要参数对助推效率的影响59-68
• 4.2.1 毂帽形状的对毂帽鳍助推效率的影响59-60
• 4.2.2 毂帽鳍半径对助推效率的影响60-62
• 4.2.3 毂帽鳍安装角β对助推效率的影响62-63
• 4.2.4 毂帽鳍安装的轴向位置对助推效率的影响63-65
• 4.2.5 毂帽鳍叶数对助推效率的影响65-66
• 4.2.6 毂帽鳍叶片倾斜角对助推效率的影响66-67
• 4.2.7 螺旋桨螺距比P/D对推力鳍助推效率的影响67
• 4.2.8 毂帽鳍叶片形状对助推效率的影响67-68
• 4.3 本章小结68-69
• 第5章 毂帽鳍节能降噪机理综述69-74
• 5.1 整流毂帽鳍节能机理分析69-70
• 5.2 整流毂帽鳍降噪机理分析70-71
• 5.3 毂帽鳍受力分析71-72
• 5.4 计及舵影响后的敞水带鳍螺旋桨水动力性能计算72
• 5.5 PBCF的作用72-73
• 5.6 本章小结73-74
• 结论74-76
• 参考文献76-78
• 攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果78-79
• 致谢79

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