导管对螺旋桨水动力性能的影响
因为导管螺旋桨具有在较大载荷的情况下推进效率较高的特点，并且在许多不同的工作条件下，导管螺旋桨都能保持不错的工作状态。所以，这种推进装置得到了普及。除此之外，随着计算机技术的不断发展，CFD软件的不断革新，计算速度和计算精度上得到了极大的提升，许多实际情况下的工程问题比较复杂，都可以在CFD 计算软件的帮助下，进行模拟计算，得到精确的求解。因此，在船舶流体力学研究领域，CFD软件被广泛的使用。本文采用GAMBIT、FLUENT 商用软件对导管螺旋桨进行网格划分及数值模拟，并对结果进行分析。关键词：导管螺旋桨，定常，数值模拟目录
第一章 绪论 4
1.1研究目的与意义 4
1.2国内外研究现状 5
1.3理论研究发展历史 6
1.4研究方法 10
1.5本文主要内容 11
第二章 软件介绍 11
2.1 GAMBIT 11
2.1.1GAMBIT介绍 11
2.1.2GAMBIT的特点 12
2.2 FLUENT 13
2.2.1 FLUENT软件介绍 13
2.2.2 Fluent的网格特性 13
2.2.3 FLUENT中主要算法与湍流模型 14
2.2.4 FLUENT计算步骤 14
2.2.5 FLUENT在船舶CFD中的运用 14
2.3边界条件的确定 15
2.4小结 15
第三章 实验过程 17
3.1 FLUENT 的操作界面 17
3.2初步操作 17
3.3Fluent中边界条件设置 20
3.4进行迭代计算 24
第四章 导管螺旋桨的定常水动力性能 25
4.1导管螺旋桨几何模型参数 25
4.2数值计算结果分析 25
4.2.1导管螺旋桨压力负荷特性分析 25
4.2.2导管螺旋桨速度分布分析 31
第五章 总结与感想 38
致谢 39
参考文献 40
第一章 绪论
1.1研究目的与意义
管螺旋桨的定常水动力性能 25
4.1导管螺旋桨几何模型参数 25
4.2数值计算结果分析 25
4.2.1导管螺旋桨压力负荷特性分析 25
4.2.2导管螺旋桨速度分布分析 31
第五章 总结与感想 38
致谢 39
参考文献 40
第一章 绪论
1.1研究目的与意义
导管螺旋桨是一种特种推进装置，这种推进器的优点是，相比于一般的螺旋桨，在受到较大载荷情况下，仍然能发挥较大的推力。当船舶螺旋桨的载荷较大时，导管螺旋桨优势就展现出来了，在拖船、顶推船、大型运输船等船舶上多有应用，主要就是因为拥有这一特点。导管螺旋桨还有其他一些优点，其一就是工作时的效率高；其二则是当外界进流条件发生变化时，导管螺旋桨的转矩不容易发生变化，所以在不同的条件下工作时，都能最大化发挥主机功率。除此之外，由于导管能减小船舶在海上航行时的纵向摇晃，能提高船舶在狂风大浪的大海中航行的稳性，导管也能在一定程度上防止螺旋桨受损，现在导管桨已经被广泛使用。
在势流范围内，对导管桨非定常情况下的水动力性能的研究进展迅速，对定常情况下的研究已十分广泛。
随着大型CFD 商用软件的发展，许多复杂的工程问题都需要借助其来进行模拟计算，能够解决许多实际困难。如果在设计方案实施前，利用这些软件进行模拟和预测，应用在船舶领域，如在推进器的研发和设计阶段，因为其可以模拟现实情况中遇到的许多问题，所以就可以节约工程师们的时间，使研发成本得到很大的减少，研发周期得到缩短。不仅如此，软件模拟还能让我们能够对水流导管螺旋桨里面的流动状况有更加具体的了解，获得许多重要的数据。
由于导管螺旋桨的种种优势，随着理论研究的不断推进和工业技术、材料技术等发展，导管螺旋桨的前景还是比较光明的，潜力巨大。
为了对导管桨定常水动力性能进行的初步的研究，本文用到了FLUENT 和GAMBIT 这两款软件。
1.2国内外研究现状
从上世纪三十年代到如今科技发达的二十一世纪，造船技术的发展不仅依靠科学技术、制造技术和新材料等技术的发展，也始终离不开学者们在理论方面的研究。而螺旋桨是船舶动力很重要的一部分，本文涉及的导管螺旋桨一直是业界的关注点。最近几年，引起船舶行业关注的是导管螺旋桨的低振动性能，许多种新型导管推进装置被研制出来，投入到了实际应用中。在早期，导管螺旋桨的研究是仅限于试验研究的，并没有把理论研究成果转化为船舶制造上的成果，直到螺旋桨环流理论应用到了实际工程，慢慢的理论研究和实际生产关系紧密了起来。通过大量的试验，国内外取得了许多成果，发表了一系列导管螺旋桨图谱，下面列举一些代表性的成果：我国的船舶科学研究中心就取得了不错的进展，发表了双体导管桨系列；而我们的邻国，在造船技术上颇有建树的日本，发表了AU-D导管螺旋桨系列；从荷兰船模试验水池走出来的NO.19A+Ka系列和NO.37+Ka系列。导管螺旋桨系列图谱也为其他专家的研究提供了便捷，一些导管螺旋桨设计程序就是以此为基础被研发出来的。在导管螺旋桨桨的理论和数值研究方面，七十年代到八十年代处理螺旋桨的一般方法有两种：①鼓动盘理论，②无限叶数螺旋桨理论。由于科技手段的不断丰富，学者们的创新与改进，在对导管进行数值模拟时，现在多采用面元法，而过去则是线性化理论。
如今升力面理论和面元法的理论建立已经很完善了，所以在实际问题上的应用也越来越多，当然，科技的发展也是理论研究的一大助力，计算机的容量和计算速度今非昔比。专家们己开始采用新的模型来进行研究，在计算导管螺旋桨的水动力性能时，用的比较多的是面元导管和升力面桨的模型，也有一些纯面元模型逐渐被使用。
在上世纪八十年代，美国麻省理工大学有两位这方面的专家，一位是Kenvin教授，另一位是Kinnas教授，他们二人开创性的发明了一种方法来预报导管螺旋桨水动力性能。方法是桨叶采用四边形双曲面，并且是元离散螺旋桨，等强度偶极子布置在每个面元，源汇也分布在上面，导管与螺旋桨是存在间隙的，为了处理这一问题，他们想出了解决办法，给导管螺旋桨尾涡建立了一个模型。这一发明给许多后来的研究者提供了便利和理论依据，许多学者在分别对导管螺旋桨在定常和非定常状态下的水动力性能进行了研究时，都用了升力面和面元法。1993年和1997年，Kerwin教授有两名杰出的学生的学生，一名叫Michael Hughes；另一名叫Gerard Hu。他们两个都成功预报了导管螺旋桨的在非均匀流场中的性能，但他们用的方法不同，其中Michael Hughes利用用面元法，而Gerard Hu利用升力面理论。
放眼国内，上世纪90年代末，国内也有许多科研成果。1997年的时候，来自上海交通大学的杨晨俊教授等，为了能成功的预报了导管螺旋桨在均匀流
第一章 绪论 4
1.1研究目的与意义 4
1.2国内外研究现状 5
1.3理论研究发展历史 6
1.4研究方法 10
1.5本文主要内容 11
第二章 软件介绍 11
2.1 GAMBIT 11
2.1.1GAMBIT介绍 11
2.1.2GAMBIT的特点 12
2.2 FLUENT 13
2.2.1 FLUENT软件介绍 13
2.2.2 Fluent的网格特性 13
2.2.3 FLUENT中主要算法与湍流模型 14
2.2.4 FLUENT计算步骤 14
2.2.5 FLUENT在船舶CFD中的运用 14
2.3边界条件的确定 15
2.4小结 15
第三章 实验过程 17
3.1 FLUENT 的操作界面 17
3.2初步操作 17
3.3Fluent中边界条件设置 20
3.4进行迭代计算 24
第四章 导管螺旋桨的定常水动力性能 25
4.1导管螺旋桨几何模型参数 25
4.2数值计算结果分析 25
4.2.1导管螺旋桨压力负荷特性分析 25
4.2.2导管螺旋桨速度分布分析 31
第五章 总结与感想 38
致谢 39
参考文献 40
第一章 绪论
1.1研究目的与意义
管螺旋桨的定常水动力性能 25
4.1导管螺旋桨几何模型参数 25
4.2数值计算结果分析 25
4.2.1导管螺旋桨压力负荷特性分析 25
4.2.2导管螺旋桨速度分布分析 31
第五章 总结与感想 38
致谢 39
参考文献 40
第一章 绪论
1.1研究目的与意义
导管螺旋桨是一种特种推进装置，这种推进器的优点是，相比于一般的螺旋桨，在受到较大载荷情况下，仍然能发挥较大的推力。当船舶螺旋桨的载荷较大时，导管螺旋桨优势就展现出来了，在拖船、顶推船、大型运输船等船舶上多有应用，主要就是因为拥有这一特点。导管螺旋桨还有其他一些优点，其一就是工作时的效率高；其二则是当外界进流条件发生变化时，导管螺旋桨的转矩不容易发生变化，所以在不同的条件下工作时，都能最大化发挥主机功率。除此之外，由于导管能减小船舶在海上航行时的纵向摇晃，能提高船舶在狂风大浪的大海中航行的稳性，导管也能在一定程度上防止螺旋桨受损，现在导管桨已经被广泛使用。
在势流范围内，对导管桨非定常情况下的水动力性能的研究进展迅速，对定常情况下的研究已十分广泛。
随着大型CFD 商用软件的发展，许多复杂的工程问题都需要借助其来进行模拟计算，能够解决许多实际困难。如果在设计方案实施前，利用这些软件进行模拟和预测，应用在船舶领域，如在推进器的研发和设计阶段，因为其可以模拟现实情况中遇到的许多问题，所以就可以节约工程师们的时间，使研发成本得到很大的减少，研发周期得到缩短。不仅如此，软件模拟还能让我们能够对水流导管螺旋桨里面的流动状况有更加具体的了解，获得许多重要的数据。
由于导管螺旋桨的种种优势，随着理论研究的不断推进和工业技术、材料技术等发展，导管螺旋桨的前景还是比较光明的，潜力巨大。
为了对导管桨定常水动力性能进行的初步的研究，本文用到了FLUENT 和GAMBIT 这两款软件。
1.2国内外研究现状
从上世纪三十年代到如今科技发达的二十一世纪，造船技术的发展不仅依靠科学技术、制造技术和新材料等技术的发展，也始终离不开学者们在理论方面的研究。而螺旋桨是船舶动力很重要的一部分，本文涉及的导管螺旋桨一直是业界的关注点。最近几年，引起船舶行业关注的是导管螺旋桨的低振动性能，许多种新型导管推进装置被研制出来，投入到了实际应用中。在早期，导管螺旋桨的研究是仅限于试验研究的，并没有把理论研究成果转化为船舶制造上的成果，直到螺旋桨环流理论应用到了实际工程，慢慢的理论研究和实际生产关系紧密了起来。通过大量的试验，国内外取得了许多成果，发表了一系列导管螺旋桨图谱，下面列举一些代表性的成果：我国的船舶科学研究中心就取得了不错的进展，发表了双体导管桨系列；而我们的邻国，在造船技术上颇有建树的日本，发表了AU-D导管螺旋桨系列；从荷兰船模试验水池走出来的NO.19A+Ka系列和NO.37+Ka系列。导管螺旋桨系列图谱也为其他专家的研究提供了便捷，一些导管螺旋桨设计程序就是以此为基础被研发出来的。在导管螺旋桨桨的理论和数值研究方面，七十年代到八十年代处理螺旋桨的一般方法有两种：①鼓动盘理论，②无限叶数螺旋桨理论。由于科技手段的不断丰富，学者们的创新与改进，在对导管进行数值模拟时，现在多采用面元法，而过去则是线性化理论。
如今升力面理论和面元法的理论建立已经很完善了，所以在实际问题上的应用也越来越多，当然，科技的发展也是理论研究的一大助力，计算机的容量和计算速度今非昔比。专家们己开始采用新的模型来进行研究，在计算导管螺旋桨的水动力性能时，用的比较多的是面元导管和升力面桨的模型，也有一些纯面元模型逐渐被使用。
在上世纪八十年代，美国麻省理工大学有两位这方面的专家，一位是Kenvin教授，另一位是Kinnas教授，他们二人开创性的发明了一种方法来预报导管螺旋桨水动力性能。方法是桨叶采用四边形双曲面，并且是元离散螺旋桨，等强度偶极子布置在每个面元，源汇也分布在上面，导管与螺旋桨是存在间隙的，为了处理这一问题，他们想出了解决办法，给导管螺旋桨尾涡建立了一个模型。这一发明给许多后来的研究者提供了便利和理论依据，许多学者在分别对导管螺旋桨在定常和非定常状态下的水动力性能进行了研究时，都用了升力面和面元法。1993年和1997年，Kerwin教授有两名杰出的学生的学生，一名叫Michael Hughes；另一名叫Gerard Hu。他们两个都成功预报了导管螺旋桨的在非均匀流场中的性能，但他们用的方法不同，其中Michael Hughes利用用面元法，而Gerard Hu利用升力面理论。
放眼国内，上世纪90年代末，国内也有许多科研成果。1997年的时候，来自上海交通大学的杨晨俊教授等，为了能成功的预报了导管螺旋桨在均匀流
版权保护: 本文由 hbsrm.com编辑，转载请保留链接: www.hbsrm.com/jtgc/cbyhy/328.html
