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《哈尔滨工程大学》 2009年
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船体与节能附体及螺旋桨的非定常干扰研究

沈海龙  
【摘要】: 船舶节能已成为世界各国造船界和航运界研究的重要课题,它关系到节省燃料、减少运输成本、环境保护以及提高企业的经济效益等问题。船舶推进附加节能装置是实现船舶节能的有效措施之一,具有节能效果显著、结构简单和造价低廉的特点。用数值方法对其展开研究,从流场流动细节上分析它对船体伴流场的影响,具有重要的理论意义和工程价值。本文以探寻桨前节能装置的数值研究方法为目的,基于面元法理论和CFD技术研究了船体与节能附体及螺旋桨之间的非定常干扰。 首先,论文基于滑移网格技术研究了粘性流场中螺旋桨的水动力性能预报方法,使用CFD前处理软件划分流场网格,生成多块混合网格,讨论了基于滑移网格技术的流场网格处理方法、三维螺旋桨几何建模方法、壁面Y+值和计算稳定性的判断方法等影响计算精度的关键因素,分析了不同湍流模式对预报结果的影响,预报了均匀伴流场中DTRC4842和PHS螺旋桨的非定常水动力性能和非均匀伴流场中Seiun-Maru HSP螺旋桨的非定常水动力性能。 其次,为寻求适合肥大型船伴流场的数值预报方法,讨论了船体几何模型的建模方法,详细比较和分析了流场网格划分方法对计算结果的影响,研究了不同湍流模式预报肥大型船粘性伴流场的适用性。通过数值结果与试验结果的比较,得到了适合肥大型船伴流场数值预报的网格划分方法和湍流模式。为验证该网格划分方法和湍流模式的适用性,预报了某化学品运输船和某集装箱船的桨盘面伴流场。 然后,采用与螺旋桨水动力性能预报和船体伴流场预报同样的流场处理方法和网格划分方法,应用GAMBIT、Tgrid和ICEM CFD三种网格划分软件共同完成流场网格的划分,使用Detached Eddy Simulation(DES)湍流模型,研究了船体、螺旋桨、船桨组合这三种模型的水动力性能,分析了船桨相互干扰对船体和螺旋桨的影响。 最后,论文在准确预报某肥大型船伴流场的基础上,参考流体轨迹绕船体分布的特点,分别设计了螺旋桨前置导管、补偿导管和整流鳍,预报并分析了各附体对船体伴流场的影响,给出了决定节能效果的伴流场特征,从流场流动细节分析了节能附体的工作机理。结合该船裸船体伴流分布的试验值和安装三种节能附体后船体伴流分布的计算值,基于面元法理论和CFD技术预报了这三种节能装置的节能效果,得到了一种基于面元法理论和CFD技术的桨前节能装置设计及其节能效果预报的数值研究方法。
【学位授予单位】:哈尔滨工程大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2009
【分类号】:U664.33

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【引证文献】
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2 高彦峰;可变形翼型的非定常气动特性研究[D];中国科学技术大学;2012年
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【参考文献】
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1 杨亮;仿金枪鱼摆动尾鳍的水动力性能与推进机理研究[D];哈尔滨工程大学;2009年
2 胡健;螺旋桨空泡性能及低噪声螺旋桨设计研究[D];哈尔滨工程大学;2006年
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1 于宪钊;微小型水下机器人水动力性能计算[D];哈尔滨工程大学;2009年
【共引文献】
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8 杨琼方;王永生;曾文德;张明敏;;大侧斜螺旋桨负载噪声的边界元数值声学方法频域内计算分析[J];兵工学报;2011年09期
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10 娄东明;冯俊小;刘向军;孙培梅;;新型氧化铝矿浆烧成炉内热过程的数值模拟[J];北京科技大学学报;2008年08期
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1 张猛;余佳佳;廖庆喜;;气力集排式油菜精量排种器气流场仿真分析[A];中国农业工程学会2011年学术年会论文集[C];2011年
2 管义锋;吴灿;张言才;;石油平台支援船(OSV)多目标总体优化方法研究及应用[A];结构及多学科优化工程应用与理论研讨会’2009(CSMO-2009)论文集[C];2009年
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4 王金宝;蔡荣泉;冯学梅;;侧斜螺旋桨敞水性能研究及应用[A];2007年船舶力学学术会议暨《船舶力学》创刊十周年纪念学术会议论文集[C];2007年
5 沈兴荣;冯学梅;蔡荣泉;;大型集装箱船桨舵干扰粘性流场的数值计算研究[A];2007年船舶力学学术会议暨《船舶力学》创刊十周年纪念学术会议论文集[C];2007年
6 潘小强;沈庆;袁瑾;陈徐均;;渡驳门桥水动力特性数值研究[A];第十二届中国海岸工程学术讨论会论文集[C];2005年
7 沈海龙;杜茉;苏玉民;;微小型水下机器人载体外形的设计研究[A];第十四届中国海洋(岸)工程学术讨论会论文集(上册)[C];2009年
8 沈海龙;郑丰勇;苏玉民;;基于滑动网格技术的船体和螺旋桨非定常干扰研究[A];第十四届中国海洋(岸)工程学术讨论会论文集(上册)[C];2009年
9 沈海龙;苏玉民;;粘性非均匀伴流场中螺旋桨非定常水动力性能预报研究[A];第十四届中国海洋(岸)工程学术讨论会论文集(上册)[C];2009年
10 杨辉;王忠畅;吴思;;自升式平台驳船下水浮态分析[A];第十四届中国海洋(岸)工程学术讨论会论文集(上册)[C];2009年
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1 李佳;载人潜器阻力性能的数值和试验预报及外形优化研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
2 戴运桃;粒子群优化算法研究及其在船舶运动参数辨识中的应用[D];哈尔滨工程大学;2010年
3 邓锐;阻流板对双体船水动力性能影响的数值研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
4 王超;螺旋桨水动力性能、空泡及噪声性能的数值预报研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
5 解学参;吊舱推进器推进及空泡性能的数值模拟[D];哈尔滨工程大学;2009年
6 周广利;三体船型阻力预报、优化与系列性试验分析研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
7 高晓阳;甘肃河西大麦麦芽干燥控制系统研究[D];甘肃农业大学;2010年
8 欧礼坚;船舶螺旋桨及推进装置故障诊断关键技术研究与应用[D];华南理工大学;2010年
9 俞路;絮凝酵母在悬浮床反应器流变与流动行为研究[D];大连理工大学;2011年
10 张营川;筒型和翼型结构旋涡发放问题的数值仿真研究[D];大连理工大学;2011年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 张战锋;塞流式厌氧发酵反应器物料流场的CFD模拟[D];华中农业大学;2010年
2 吴定柱;多孔质气体静压止推轴承关键技术研究[D];中国工程物理研究院;2010年
3 王珺;山区风特性参数与自锚式悬索桥的静风稳定性研究[D];山东科技大学;2010年
4 谷骁勇;基于ANSYS的离心压缩机主要零件建模和受力分析[D];郑州大学;2010年
5 周斌;四桨两舵大型船舶螺旋桨的面元法设计研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
6 马艳;导管螺旋桨的水动力性能分析与设计优化[D];哈尔滨工程大学;2010年
7 乔晓国;深水浮式结构动力定位能力动态分析[D];哈尔滨工程大学;2010年
8 刘广山;流量周期性变化流场数值分析[D];哈尔滨工程大学;2010年
9 赵杨;船舶适航性与操纵性自航模系统设计[D];哈尔滨工程大学;2010年
10 王思研;变形鳍在低航速下升力建模与控制策略研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
【同被引文献】
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1 董文才,岳国强;深V型滑行艇纵向运动试验研究[J];船舶工程;2004年02期
2 陈彦勇;夏雨;;螺旋桨三维建模方法探讨[J];船舶工程;2006年01期
3 姚震球;高慧;杨春蕾;;螺旋桨三维建模与水动力数值分析[J];船舶工程;2008年06期
4 刘应中,张怀新,李谊乐,缪国平;21世纪的船舶性能计算和RANS方程[J];船舶力学;2001年05期
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6 常煜,张志荣,赵峰;多块结构化网格在含附体水面船模粘性流场数值计算中的应用[J];船舶力学;2004年01期
7 董世汤;螺旋桨升力面理论边值问题的精细化处理[J];船舶力学;2004年02期
8 张志荣,李百齐,赵峰;螺旋桨/船体粘性流场的整体数值求解[J];船舶力学;2004年05期
9 程明道,刘晓东,吴乘胜,张建武;高速排水型舰船加装尾板的节能机理[J];船舶力学;2005年02期
10 董世汤,唐登海,周伟新;CSSRC的螺旋桨定常面元法[J];船舶力学;2005年05期
中国重要会议论文全文数据库 前1条
1 黄振宇;缪国平;韦喜忠;;大涡模拟在复杂流场计算中的应用[A];第二十届全国水动力学研讨会文集[C];2007年
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1 王超;螺旋桨水动力性能、空泡及噪声性能的数值预报研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
2 熊鹰;非均匀流中螺旋桨空泡及脉动压力的数值和试验研究[D];武汉理工大学;2002年
3 谭廷寿;非均匀流场中螺旋桨性能预报和理论设计研究[D];武汉理工大学;2003年
4 盛其虎;风浪扰动中机翼的非定常气动力特性[D];哈尔滨工程大学;2003年
5 张利军;螺旋桨性能预报的速度势面元法研究[D];大连理工大学;2006年
6 胡健;螺旋桨空泡性能及低噪声螺旋桨设计研究[D];哈尔滨工程大学;2006年
7 覃新川;短翼水动力计算模型与多桨多舵水动力干扰研究[D];哈尔滨工程大学;2006年
8 张宝吉;船体线型优化设计方法及最小阻力船型研究[D];大连理工大学;2009年
9 董二宝;智能变形飞行器结构实现机制与若干关键技术研究[D];中国科学技术大学;2010年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 孙华伟;三体滑行艇船型与阻力性能研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
2 高慧颖;基于CFD的大型船舶球艏线型设计比较研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
3 马伟佳;滑行艇在波浪中的纵向运动性能研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
4 刘智;高速船螺旋桨设计及水动力性能计算研究[D];大连理工大学;2010年
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8 苏伟;隐身约束的多目标气动外形优化设计[D];西北工业大学;2004年
9 宋雯婧;涡面元法在水轮机性能计算中的应用[D];哈尔滨工程大学;2006年
10 洪毅;复合材料船用螺旋桨结构设计研究[D];哈尔滨工业大学;2006年
【二级引证文献】
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1 杨卓懿;无人潜器总体方案设计的多学科优化方法研究[D];哈尔滨工程大学;2012年
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1 王同苏;深海无人潜器高效推进器的设计研究[D];哈尔滨工程大学;2012年
【二级参考文献】
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1 庄达民,袁修干;差分格式的优化组合[J];北京航空航天大学学报;1999年02期
2 钱文豪;赵汉魂;蔡跃进;沈玉林;狄建中;葛自鸿;;船舶螺旋桨进流补偿导管[J];船舶工程;1989年03期
3 李洁雅,余灵,羊少刚,李干洛,廖涛;货船进流补偿导管试验研究[J];船舶工程;1996年03期
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6 王涛,周连第,张鑫;轴对称体与导管推进器组合体的三维复杂流场的计算与分析[J];船舶力学;2003年02期
7 常煜,张志荣,赵峰;多块结构化网格在含附体水面船模粘性流场数值计算中的应用[J];船舶力学;2004年01期
8 张志荣,李百齐,赵峰;螺旋桨/船体粘性流场的整体数值求解[J];船舶力学;2004年05期
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10 熊鹰;叶金铭;樊晓斌;张永坤;;螺旋桨空泡及其诱导的脉动压力的数值和试验研究[J];船舶力学;2006年05期
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1 熊鹰;非均匀流中螺旋桨空泡及脉动压力的数值和试验研究[D];武汉理工大学;2002年
2 谭廷寿;非均匀流场中螺旋桨性能预报和理论设计研究[D];武汉理工大学;2003年
3 成巍;仿生水下机器人仿真与控制技术研究[D];哈尔滨工程大学;2004年
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1 董涛;潜器仿鱼尾推进系统的水动力分析[D];哈尔滨工程大学;2003年
2 陈康;三体船粘性流场的模拟[D];哈尔滨工程大学;2004年
3 赖伟成;仿胸鳍推进系统水动力分析与运动仿真建模[D];哈尔滨工程大学;2005年
4 杨亮;粘性流场中摆动尾鳍的水动力分析[D];哈尔滨工程大学;2005年
5 赵士奇;仿鱼尾鳍推进系统实验研究[D];哈尔滨工程大学;2008年
6 王兆立;粘性流场中鱼类胸鳍的水动力分析[D];哈尔滨工程大学;2008年
7 颜翚;鱼类游动观测实验及运动分析[D];哈尔滨工程大学;2008年
8 杨路春;潜艇在有外部搭载情况下操纵性水动力导数的数值计算方法研究[D];哈尔滨工程大学;2009年
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1 ;船舶机械[J];水路运输文摘;1995年01期
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7 熊鹰;叶金铭;樊晓斌;张永坤;;螺旋桨空泡及其诱导的脉动压力的数值和试验研究[J];船舶力学;2006年05期
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10 杨琼方;王永生;张明敏;;舰艇螺旋桨水下噪声预测[J];船舶力学;2011年04期
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3 熊鹰;;第七届推进与空泡学组工作介绍及国内研究进展概况[A];七届更迭 三十回眸——第七届船舶力学学术委员会全体会议论文集[C];2010年
4 丁举;陈红梅;;大型LNG船螺旋桨水动力性能试验研究[A];七届更迭 三十回眸——第七届船舶力学学术委员会全体会议论文集[C];2010年
5 陈奕宏;马琳;施小勇;王建芳;刘竹青;;基于小波分析的螺旋桨空泡噪声分析[A];全国第五届信号和智能信息处理与应用学术会议专刊(第一册)[C];2011年
6 沈海龙;苏玉民;庞永杰;秦再白;;CFD技术在某肥大型船型开发及优化设计中的运用研究[A];第十五届中国海洋(岸)工程学术讨论会论文集(上)[C];2011年
7 沈海龙;苏玉民;;CFX和FLUENT在肥大型船尾流场预报上的运用和比较[A];黑龙江省造船工程学会2008年学术年会论文集[C];2008年
8 韦喜忠;洪方文;彭晓星;;二维水翼云状空泡特性及其生成机理研究[A];七届更迭 三十回眸——第七届船舶力学学术委员会全体会议论文集[C];2010年
9 吴琼;于海;熊小青;王金宝;;考虑自由面的肥大船CFD阻力预报和伴流场模拟[A];七届更迭 三十回眸——第七届船舶力学学术委员会全体会议论文集[C];2010年
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1 ;何秋萍:不懈探索造船转模[N];中国船舶报;2005年
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1 沈海龙;船体与节能附体及螺旋桨的非定常干扰研究[D];哈尔滨工程大学;2009年
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5 熊鹰;非均匀流中螺旋桨空泡及脉动压力的数值和试验研究[D];武汉理工大学;2002年
6 何苗;一体化节能推进装置的构型设计及水动力性能预报[D];哈尔滨工程大学;2012年
7 李胜忠;基于SBD技术的船舶水动力构型优化设计研究[D];中国舰船研究院;2012年
8 王志伟;舰船推进器噪声分离方法研究[D];哈尔滨工程大学;2012年
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1 徐欣伟;螺旋桨的设计及性能预报与软件实现[D];华中科技大学;2011年
2 王同苏;深海无人潜器高效推进器的设计研究[D];哈尔滨工程大学;2012年
3 龙文;基于新型剖面设计的螺旋桨空泡性能优化[D];中国舰船研究院;2011年
4 曹普孙;水翼、螺旋桨空泡性能数值预报研究[D];哈尔滨工程大学;2012年
5 初绍伟;船后伴流场预报及考虑空泡性能的螺旋桨优化设计研究[D];上海交通大学;2012年
6 张洪村;现有船舶螺旋桨切割节能技术研究[D];大连海事大学;2010年
7 刘智;高速船螺旋桨设计及水动力性能计算研究[D];大连理工大学;2010年
8 王亮;船舶螺旋桨变参数水动力性能研究[D];大连理工大学;2012年
9 曲宁宁;基于粘流阻力数值计算的肥大型船尾部线型优化方法研究[D];中国舰船研究院;2011年
10 郑巢生;基于OpenFOAM的空泡流数值模拟方法研究[D];中国舰船研究院;2012年
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