桨后舵球鳍组合节能装置理论研究

【摘要】：本文主要对一种简易的组合节能装置——舵球鳍进行了研究。随着燃油价格的不断上涨,各国加快了船舶节能技术研究的步伐。水动力附加节能装置因成本较低,安装简便等优点,在实际应用中已取得明显的效益。为了进一步提高水动力附加节能装置的节能效果,组合节能装置应运而生。 本文介绍了基于面元法的螺旋桨、三维舵的定常水动力性能以及它们的诱导速度场的计算方法,通过诱导速度迭代计算了均匀流中螺旋桨与舵的定常干扰问题。并将该方法拓展应用于桨-舵-舵球系统,对其水动力性能进行了数值模拟。数值计算结果与试验结果的比较证明了本文的理论计算方法的有效性。在此基础上,进一步在舵球上加装整流鳍,计算了桨-舵-舵球-鳍系统的节能效果,并对影响舵球鳍节能效果的主要参数(如舵球尺寸,鳍片尺寸和鳍片安装角度)进行了变尺度计算与分析。理论研究表明：舵球鳍较舵球节能效果为佳；舵球尺寸和鳍片尺寸对舵球鳍节能效果的影响显著；鳍片安装角度对节能效果影响较少；安装于舵前的鳍不但能提供附加推力,还具有一定的整流效果；当舵和鳍上产生的总的附加推力最大时,舵球鳍的节能效果最佳。 【关键词】：节能 舵球鳍 面元法 螺旋桨
【学位授予单位】：哈尔滨工程大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2011
【分类号】：U664.7
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-9
• 第1章 绪论9-19
• 1.1 引言9
• 1.2 船舶节能技术进展9-15
• 1.2.1 优化船型9
• 1.2.2 发展高效推进器9-10
• 1.2.3 发展新的助推方式10
• 1.2.4 开发水动力节能装置10-15
• 1.3 节能附体的理论研究15-17
• 1.3.1 螺旋桨、舵水动力性能理论计算研究进展15-16
• 1.3.2 螺旋桨、舵的尾流场的理论计算研究进展16
• 1.3.3 桨舵相互干扰水动力性能理论计算研究进展16-17
• 1.4 本文的主要工作内容17-19
• 第2章 解有升力问题的面元法19-37
• 2.1 概述19-20
• 2.2 面元法理论基础20-22
• 2.2.1 Green公式20-21
• 2.2.2 解有升力问题的Green公式及边界条件21-22
• 2.3 螺旋桨定常水动力性能数值计算22-30
• 2.3.1 螺旋桨几何模型的建立22-23
• 2.3.2 桨叶、桨毂、尾涡面元划分23-25
• 2.3.3 基本方程离散25
• 2.3.4 数值求解25-27
• 2.3.5 桨叶表面切向速度确定27-29
• 2.3.6 桨叶表面压力分布及水动力性能计算29-30
• 2.3.7 粘性修正30
• 2.4 舵定常水动力性能数值计算30-31
• 2.5 数值计算结果31-35
• 2.6 本章小结35-37
• 第3章 基于面元法的桨舵相互干扰性能计算37-53
• 3.1 概述37
• 3.2 螺旋桨和舵诱导速度场理论计算37-40
• 3.2.1 基于面元法的螺旋桨诱导速度场计算37-39
• 3.2.2 基于面元法的舵诱导速度场计算39-40
• 3.3 桨舵系统相互干扰的数值计算40-42
• 3.3.1 基本理论40-41
• 3.3.2 数值计算过程41-42
• 3.4 桨-舵-舵球系统性能数值计算42-43
• 3.5 计算结果与分析43-51
• 3.5.1 桨后尾流场计算43-45
• 3.5.2 桨舵干扰性能计算45-49
• 3.5.3 舵球节能效果计算49-51
• 3.6 本章小结51-53
• 第4章 基于面元法的桨-舵-舵球-鳍系统性能计算53-61
• 4.1 概述53
• 4.2 舵-舵球-鳍系统性能数值计算53-57
• 4.2.1 舵-舵球-鳍系统计算模型53
• 4.2.2 舵-舵球-鳍系统性能数值计算方法53-57
• 4.3 桨-舵-舵球-鳍组合体水动力性能计算57-58
• 4.4 计算结果与分析58-60
• 4.5 本章小结60-61
• 第5章 舵球鳍节能效果影响因素分析61-69
• 5.1 概述61
• 5.2 舵球半径对桨-舵-舵球-鳍系统的效率的影响61-63
• 5.3 鳍安装角度对桨-舵-舵球-鳍系统的效率的影响63-66
• 5.4 鳍展弦比对桨-舵-舵球-鳍系统的效率的影响66-68
• 5.5 本章小结68-69
• 结论69-71
• 参考文献71-74
• 攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果74-75
• 致谢75

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