喷水推进船舶运动仿真及进水管道流场数值模拟

摘要

喷水推进相对于普通螺旋桨推进具有推进效率高、操纵性能优异、抗空泡能力强、振动和噪音低、适合浅水航行等优点。喷水推进广泛的应用到各型船舶，并带来了巨大的商业利益。但是，喷水推进技术中的某些问题仍然没有得到完美的解决，不论在理论方面还是在设计制造方面都存在不足之处。本文的研究目的是为建立高可靠性的船舶运动模型和设计优良低空化的进水管道提供依据和建议。
　　本文主要研究了基于螺旋桨推进的MMG模型对喷水推进船舶的适应性和喷水推进器进水管道内压力、速度分布情况及其影响因素。建立了喷水推进船舶的三自由度运动模型，分析了惯性力、粘性力在不同工况下对船体影响的变化规律。推导了喷口水流速度与轴功率的关系，以及推力和倒车力的计算公式。根据所建立的模型，对双喷水推进船舶进行了运动仿真，得到了船舶倒车运动、回转运动和Z型操舵运动的仿真结果，并与现有的实验数据进行了对比。仿真结果表明螺旋桨推进的分离型MMG船舶运动模型也适用于喷水推进船舶。利用Fluent的K-ε和RNGK-ε模型，通过设定边界条件和计算参数，对多种工况下喷水管道流场进行数值仿真，得到了流场的压力和速度的分布图。仿真结果表明管道唇部和斜坡区易发生空化，进水速比是影响管道压力和速度分布的关键因素。

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1绪论

1 .1课题的背景和意义

1 .2喷水推进技术简介

1 .3课题研究现状

1 .4论文的研究内容

2 喷水推进技术基本理论

2 .1喷水推进系统的结构组成

2 .2喷水推进系统的原理

2 .3喷水推进器水动力特性

2 .4喷水推进器与船舶的匹配特性

2 .5进水管道的空化现象

2 .6本章小结

3 喷水推进船舶运动模型研究

3 .1船舶坐标系的建立

3 .2船舶三自由度运动方程

3 .3水动力及力矩计算模型

3 .4喷水推进器推力和倒车力的计算

3 .5风及浪的干扰力计算模型

3 .6本章小结

4 喷水推进船舶运动仿真

4 .1船舶运动数学模型方程的解法

4 .2制动运动仿真

4 .3回转运动仿真

4 .4 Z型运动仿真

4 .5本章小结

5 喷水推进进水管道流场数值模拟

5 .1湍流理论

5 .2计算流体动力学

5 .3喷水推进器进水管道流场数值模拟

5 .4进水管道数值模拟结果分析

5 .5本章小结

结论和展望

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间发表的论文

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