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导管螺旋桨水动力分析与优化研究

朱俊飞  
【摘要】:随着“绿色船舶”需求的不断增加,“绿色设计”理念得以进一步深化,各种新型特种推进器也不断涌现,节能推进器的研究已成为行业热点。导管螺旋桨作为一种节能推进器,依托良好的节能特性在各类工程船舶上大量使用,其性能进一步优化研究受到行业广泛关注。导管翼型作为提高导管螺旋桨推力的重要结构因素,直接影响着导管螺旋桨水动力性能。在探索优异导管翼型的过程中,国外著名企业,如Wartsila、MAN DieselTurbo等做出了卓有成效的工作,分别开发了HR、AHT等性能优越的导管,相较于常规的N0.19A导管,其综合性能得到了大幅度地提高,但相关产品均已受专利限制;而我国在此领域还处于起步阶段,相关技术的应用还受制于人。因此,开展高性能导管的研究工作对我国船舶行业节能技术的提升具有重要的实际工程意义。 本文以No.19A导管+Ka系列螺旋桨为研究对象,建立了导管螺旋桨三维模型并进行水动力分析,通过CFD验证了分析方法的有效性。同时,基于Isight多学科分析软件,构建了二维与三维导管螺旋桨优化分析集成平台,优选出系柱拉力最大的导管翼型,实现高性能导管的设计。论文的主要内容包括: 1)研究了导管螺旋桨三维模型的建立方法,基于高级编程语言与三维建模软件,实现了导管螺旋桨三维模型的自动建立与旋转域CFD计算网格的自动划分; 2)进行了导管螺旋桨CFD计算分析,结合船模水池资料,提出了导管螺旋桨水动力分析的一般方法; 3)从导管螺旋桨工作过程、基于CFD的导管螺旋桨简化模型、导管翼型参数化方法以及优化算法等四个方面开展导管翼型优化基础性研究工作,为导管螺旋桨导管翼型优化提供理论依据与实现条件; 4)基于Isight多学科分析软件,集MATLAB、CAD、Pro/E、HyperMesh、CFX以及Fluent等软件于一体,建立了二维和三维导管翼型优化分析集成平台,选配出性能优良的导管翼型。


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