喷水推进三体船阻力性能及流道优化研究

发布时间：2017-09-22 14:12

  本文关键词：喷水推进三体船阻力性能及流道优化研究

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【摘要】：三体船是近20年国际上所重点研究的高性能船舶之一,已经在诸多领域有着广泛的应用,由于三体船航速较高,大多数三体船采用了喷水推进的方式,喷水推进器将水从船底吸入再从船尾加速喷出所产生的反向推力使船舶行进,由于其优良的推进性能以及良好的抗空化能力,成为了大多数高速船舶和军舰的主要推进方式。而如何提高喷水推进装置效率也成为研究机构的重点研究对象,由于它的结构比螺旋桨复杂,影响推进效率的因素较多并相互制约,因此设计和选取喷水推进装置的相关参数也是喷水推进研究领域的难点之一。本文以采用喷水推进的120米三体铝合金高速船为研究对象,主要研究工作如下：1.介绍了三体船和喷水推进的发展历史和研究现状,论述了喷水推进系统的基本结构和相关理论；2.建立120米三体铝合金高速船和喷水推进装置的3D模型,运用CFD软件对三体船裸船体和加装喷水装置的船体进行流场分析和阻力预报,得到不同航速下的船舶阻力,计算出各个航速下的所需流量Q,分析阻力增加的原因；3.利用参数化建模的方法,改变喷水推进的设计参数,设计出7种不同的流道优化方案。4.用所得到的三体船有效功率作为喷水推进装置的有效功率来确定喷水推进装置的相关边界条件,建立水泵叶轮和导叶模型,选取不同的转速,利用MRF滑移网格模型,对不同方案的喷水推进装置进行数值计算,探究装置内的流场变化,绘制了不同航速下的自航喷口流量曲线,分析水泵内的流场特性和影响推进效率的因素。通过以上研究内容,本文较深入的研究了喷水推进装置推进特性和影响效率的相关因素,对120米三体铝合金高速船的喷水推进装置选型提供了依据和建议。
【关键词】：三体船 喷水推进 计算流体力学 参数化设计 船舶阻力
【学位授予单位】：大连海事大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：U661;U674.951
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-9
• 第1章 绪论9-20
• 1.1 课题研究背景和意义9
• 1.2 三体船的发展与研究现状9-10
• 1.3 喷水推进装置的特点10-12
• 1.4 喷水推进装置在国外的发展和研究现状12-18
• 1.4.1 国外主要喷水推进制造商13-15
• 1.4.2 国外喷水推进的研究进展15-18
• 1.5 喷水推进在国内的发展和研究现状18-20
• 第2章 基本理论及控制方程20-30
• 2.1 计算流体力学的基本概念20-22
• 2.1.1 CFD计算流程20-21
• 2.1.2 计算流体的基本控制方程21-22
• 2.2 控制方程的离散化22-23
• 2.3 湍流模型的选取23-25
• 2.3.1 标准k-ε模型23-24
• 2.3.2 Realizable k-ε模型24-25
• 2.3.3 RNG k-ε模型25
• 2.4 近壁面模型25-27
• 2.5 计算方法的选取27-29
• 2.5.1 耦合求解法28
• 2.5.2 分离求解法28-29
• 2.5.3 SIMPLE求解算法29
• 2.5.4 PISO算法29
• 2.6 本章小结29-30
• 第3章 喷水推进30-41
• 3.1 概述30
• 3.2 喷水推进基本理论和方程30-35
• 3.2.1 喷水推进的效率30-31
• 3.2.2 三种喷水推进理论及其表达式31-35
• 3.3 喷水推进系统和与船体的相互作用35-36
• 3.4 喷水推进泵36-37
• 3.5 喷水推进主要参数的选择37-40
• 3.6 本章小结40-41
• 第4章 三体船流场计算和阻力预报41-61
• 4.1 三体船数学模型的建立41-46
• 4.1.1 三体船数学模型和计算域的建立和划分41-44
• 4.1.2 网格的划分44-46
• 4.1.3 边界条件的设置46
• 4.2 裸船体阻力计算和喷口相关参数确定46-51
• 4.2.1 裸船体阻力计算46-48
• 4.2.2 喷口布置和半径的确定48-51
• 4.3 带有喷水推进器的三体船流场阻力计算和分析51-59
• 4.4 三体船阻力预报59-60
• 4.5 本章小结60-61
• 第5章 喷水推进泵流场数值模拟研究61-81
• 5.1 喷水推进的参数化建模及流道优化方案设计61-65
• 5.1.1 喷水推进器的二维模型61-63
• 5.1.2 流道设计方案63-65
• 5.2 流道和叶轮的数学模型建立65-67
• 5.2.1 流道模型的建立65
• 5.2.2 泵体模型的建立65-66
• 5.2.3 网格划分及边界条件设置66-67
• 5.3 推进泵流场计算结果及分析67-79
• 5.3.1 进口流道型线变化对流量的影响67-68
• 5.3.2 唇部型线变化对进水处流场的影响68-72
• 5.3.3 斜坡型线变化对进水处流场的影响72-74
• 5.3.4 不同方案的流道压力场分析74-76
• 5.3.5 叶片表面压力场分析76-79
• 5.4 本章小结79-81
• 结论与展望81-83
• 参考文献83-86
• 攻读学位期间公开发表论文86-87
• 致谢87-88
• 作者简介88

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本文编号：901257