毂帽鳍及舵附推力鳍的实尺度节能效果研究

摘要

毂帽鳍和舵附推力鳍是两种常用的桨后节能装置，在以往的研究中，无论是实验研究还是计算研究一般都是在模型尺度下进行的，然而由于雷诺数相差较大，模型尺度及实船尺度船尾伴流场存在着较大的不同，模型尺度下的研究并不能体现出实际条件下毂帽鳍和舵附推力鳍的工作状态和效果。本文基于 CFD方法完成了敞水条件下螺旋桨，桨/毂帽鳍系统的水动力性能模拟，分别在模型和实尺度下进行了船舶尾流场的模拟，忽略兴波作用的船舶推进性能的研究，以及毂帽鳍和舵附推力鳍对船舶推进性能影响的研究。
　　首先对敞水条件下的螺旋桨和桨/毂帽鳍系统的水动力性能进行了数值模拟，给出了两者的水动力性能曲线，并与实验结果进行了对比分析，验证了计算方法的可靠性，对敞水桨及桨/毂帽鳍系统的流场及压力分布进行了比较和分析。证实了毂帽鳍通过减少毂涡，降低螺旋桨转矩达到节能效果的机理。
　　然后对不同航速下模型及实尺度的船舶伴流场进行了数值模拟，将模型尺度下的阻力计算结果与实验结果进行了对比，给出了模型及实尺度船尾伴流场的速度分布云图，对比分析了模型及实船尺度船尾伴流场流动的差别，得出实船尺度下船体边界层相对更薄，伴流相对较小，船尾流速相对更高的特点。
　　最后分析了兴波作用对船舶推进性能的影响方式，开展了模型及实尺度下忽略兴波作用的船舶推进性能的研究，对模型及实尺度毂帽鳍及舵附推力鳍对船舶推进性能的影响进行了研究分析，结果表明安装毂帽鳍及舵附推力鳍后使得船舶在自航点螺旋桨转速、载荷和转矩均有一定降低，实尺度下船舶收到功率有2％左右的降低。对比和分析了模型及实尺度船舶推进中的流场差别，并结合这种差别分析了模型及实尺度毂帽鳍和舵附推力鳍工作状态的不同。

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第1章 绪论

1.1课题研究背景及意义

1.2 研究综述

1.3本文主要工作

第2章 计算流体力学原理及敞水螺旋桨水动力性能预报

2.1计算流体力学概述

2.2 数值计算方法

2.3 敞水螺旋桨的定常水动力性能计算

2.3 本章小结

第3章 敞水螺旋桨/毂帽鳍系统水动力性能研究

3.1 引言

3.2 计算模型的建立

3.3 计算结果及分析

3.4本章小结

第4章 模型及实尺度船舶伴流场的模拟和分析

4.1船体模型

4.2网格划分及计算设置

4.3计算结果及对比分析

4.4 本章小结

第五章 模型及实尺度毂帽鳍和舵附推力鳍的节能效果研究

5.1 忽略兴波作用的船舶推进性能研究方法分析

5.2 计算几何模型

5.3 网格划分及计算设置

5.4 计算结果及分析

5.5 模型与实尺度船推进中的流场对比及分析

5.6 本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果

致谢