检索结果-内蒙古大学图书馆

大连理工大学学报 2024年第4期64卷 403-411页

作者：葛泽昊王彧刘政沅刘辉周波大连理工大学工业装备结构分析国家重点实验室辽宁大连116024 大连中远海运重工有限公司辽宁大连116113

导管螺旋桨是目前船舶的主要推进装置之一.导管可以减弱梢涡作用,提供部分推力.基于分离涡模拟方法,对导管螺旋桨的瞬时尾部流场及功率谱密度进行了计算,对比分析了导管螺旋桨瞬时尾部流场涡量、压强、动能的演化情况.计算结果表明,加... 详细信息

导管螺旋桨是目前船舶的主要推进装置之一.导管可以减弱梢涡作用,提供部分推力.基于分离涡模拟方法,对导管螺旋桨的瞬时尾部流场及功率谱密度进行了计算,对比分析了导管螺旋桨瞬时尾部流场涡量、压强、动能的演化情况.计算结果表明,加速型导管增强了螺旋桨周围的周向流动,从而有助于回收涡流动能,提高推进效率;导管可以延迟梢涡收缩,减小收缩的程度,起到抑制梢涡的作用;尾部流场动能谱分析定量描述了尾部涡结构的演变,观察到尾部涡结构的分组与配对现象;导管螺旋桨在特征频率附近的动能谱振幅明显减小、衰减加快.

关键词：导管螺旋桨分离涡模拟尾部涡演变

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基于凹槽结构的导管螺旋桨梢部流动研究

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船舶力学 2024年第6期28卷 866-876页

作者：金志辉王鹏董华超温志文丁永乐西安精密机械研究所西安710077 西北工业大学航海学院西安710072

针对导管螺旋桨的梢部流动,受压气机中“机匣处理”的启发,将矩形凹槽结构应用于导管内壁,用于降低导管螺旋桨梢涡强度和抑制梢涡空化,进而有望改善导管螺旋桨的水动力和空泡性能。采用计算流体力学方法,针对19A导管和Ka4-70螺旋桨有无... 详细信息

针对导管螺旋桨的梢部流动,受压气机中“机匣处理”的启发,将矩形凹槽结构应用于导管内壁,用于降低导管螺旋桨梢涡强度和抑制梢涡空化,进而有望改善导管螺旋桨的水动力和空泡性能。采用计算流体力学方法,针对19A导管和Ka4-70螺旋桨有无凹槽/不同凹槽结构进行非定常数值计算,研究凹槽结构对桨叶叶梢压力、梢涡强度、梢涡结构以及水动力性能的影响。结果表明:凹槽结构会明显改变导管螺旋桨梢部流场涡的形成,减弱梢涡强度,提高叶片梢部最小压力,并且对推进性能几乎没有影响。研究结果可为导管螺旋桨的梢涡控制以及减振降噪提供一种新的解决途径。

关键词：导管螺旋桨凹槽结构梢涡结构空泡机匣处理

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基于改进体积力法的导管螺旋桨水动力性能数值研究

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中国舰船研究 2023年第4期18卷 186-196页

作者：王浩天向巩袁在思向先波华中科技大学船舶与海洋工程学院湖北武汉430074 浙江大学流体动力与机电系统国家重点实验室浙江杭州310027 华中科技大学船舶和海洋水动力湖北省重点实验室湖北武汉430074 高新船舶与深海开发装备协同创新中心上海200240

[目的]旨在解决传统Goldstein体积力法在导管螺旋桨水动力仿真中的适用局限性问题。[方法]首先,基于机翼理论,分析导管水动力模拟失真的原因,并以质量流量和体积力分布模型为切入点,提出修正思想和方法;然后,采用RANS方法探究经质量流... 详细信息

[目的]旨在解决传统Goldstein体积力法在导管螺旋桨水动力仿真中的适用局限性问题。[方法]首先,基于机翼理论,分析导管水动力模拟失真的原因,并以质量流量和体积力分布模型为切入点,提出修正思想和方法;然后,采用RANS方法探究经质量流量修正后的2种体积力分布模型的模拟精度。[结果]结果显示,2种改进体积力法在敞水工况下其总推力系数的平均相对误差均为5%左右;在艇后工况下,前进合力的平均相对误差分别为1.8%和11.6%。[结论]研究表明,基于改进体积力法的导管螺旋桨在敞水和艇后工况下的模拟精度较传统体积力法有较大的提升,能准确实现对导管螺旋桨水动力性能的数值模拟,可为水下航行器高效、动态的操纵性仿真奠定基础。

关键词：改进体积力法导管螺旋桨流量修正分布修正计算流体动力学

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导管螺旋桨水动力性能模拟及船舶能效分析

导管螺旋桨水动力性能模拟及船舶能效分析

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作者：姜壮威大连理工大学

学位级别：硕士

随着经济全球化的深入发展,国际贸易的频繁往来和能源跨地区的便捷使用共同推动了全球经济的快速增长。在国际贸易中,船舶运输因运费低廉、运输量大的优势成为了货物运输最广泛的方式。然而,船舶运输会产生大量温室气体,船舶行业碳的高... 详细信息

随着经济全球化的深入发展,国际贸易的频繁往来和能源跨地区的便捷使用共同推动了全球经济的快速增长。在国际贸易中,船舶运输因运费低廉、运输量大的优势成为了货物运输最广泛的方式。然而,船舶运输会产生大量温室气体,船舶行业碳的高排量引起了国际社会对于船舶节能减排的高度重视。此外,突如其来的新冠疫情影响,令世界经济遭受百年未遇的重创,全球经济增速放缓和油价低位运行带来的冲击使航运相关企业的经济面临严峻挑战,船东们也迫切需要更多的船舶绿色节能装置,从而降低营运成本以应对经济“寒潮”。在国际社会的高度重视以及航运企业的迫切需求下,对船舶绿色节能装置的研发应运而生并逐渐发展壮大,并一跃成为了船舶相关科研院所的研究热点。以往对船舶绿色节能装置的研发大多是采用物理试验的方法,但对人力,财力和物力的需求与消耗巨大,耗费时间也较长。随着互联网的迅猛发展,CFD技术也日趋完善,因其操作简便、耗能较少、精确度高的优点,CFD技术已然成为船舶绿色节能装置研发的主要方法。本文在船舶节能装置特种推进器中选取了导管桨作为研究对象,采用物理模型试验和CFD技术相结合的方式对导管桨水动力性能进行研究并完成船舶能效的分析,主要内容如下所示: 首先于大连理工大学试验水池进行导管桨模型敞水试验以及拖网渔船船模静水阻力试验,得到相关试验数据。然后使用STAR-CCM+模拟计算了VP1304桨和19A+KA4-70导管桨的水动力性能,结合已知的试验数据进行了可行性验证和网格收敛性验证以及湍流适用性分析。基于已验证的CFD方法,对导管桨的水动力性能进行数值模拟并与所做试验的数据进行对比,验证方法的可行性并分析导管桨的压力、尾流以及螺旋桨在加装导管前后对敞水效率的影响。同时运用STAR-CCM+对拖网渔船模型的船体阻力进行仿真计算并与模型试验的数据进行对比,完成可行性验证和湍流适用性分析并进行相关可视化分析。结合试验数据,完成船模自航因子、实船总阻力和实船推进效率的计算,并完成不同航速下实船有效功率和主机功率的预报。最后结合Attained EEDI公式完成船舶的能效分析。研究结果表明,使用CFD仿真软件STARCCM+能够准确的计算螺旋桨和导管桨的敞水性能和船模的静水阻力性能,且可以获得物理试验方法无法得到的压力和速度的分布以及伴流场等相关可视化分析。且经过分析可知,导管螺旋桨适用于在低进速系数下工作的重载船舶且本文所研究船舶的能效满足EEDI要求。

关键词：导管螺旋桨 CFD 模型试验水动力性能 EEDI

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导管螺旋桨水动力性能及空化噪声数值研究

导管螺旋桨水动力性能及空化噪声数值研究

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作者：葛泽昊大连理工大学

学位级别：硕士

导管螺旋桨是常见的船舶推进装置之一,具有重载下推力大、效率高,能够提高船舶操纵性能,桨盘面处水流速度受船速变化的影响小,运转稳定等优点,被广泛用于拖船、顶推船以及拖网渔船等螺旋桨载荷较重的船上,近些年,导管螺旋桨也越来越多... 详细信息

导管螺旋桨是常见的船舶推进装置之一,具有重载下推力大、效率高,能够提高船舶操纵性能,桨盘面处水流速度受船速变化的影响小,运转稳定等优点,被广泛用于拖船、顶推船以及拖网渔船等螺旋桨载荷较重的船上,近些年,导管螺旋桨也越来越多的被用于无人潜航器(Autonomous underwater vehicle,AUV)的推进中,导管螺旋桨水动力性能、空化噪声性能及设计优化等研究内容受到学者的广泛关注。随着CFD技术的发展与成熟,数值模拟方法在船舶性能模拟计算上发挥了越来越重要的作用。本论文采用数值模拟方法对导管螺旋桨的水动力性能、空化性能及水动力噪声性能进行细致的计算分析,深入研究导管螺旋桨尾部流场涡结构演化规律,动能谱特征,不同进速系数、空泡数对空化性能的影响,并探讨了导管螺旋桨无空化噪声与空化噪声的衰减及指向性规律,主要研究内容分为以下几个部分: 首先介绍了本论文的研究背景,综述了相关学者在导管螺旋桨性能计算及优化方面已取得的研究成果,论述了现阶段导管螺旋桨空化性能、空化噪声性能研究较少,存在不足的现状,从而进一步阐述本论文的研究意义。然后介绍了本论文中采用的理论方法,数值模型,选用VP1304标桨计算敞水性能及不同工况下的空泡形态,并与试验值对比,验证湍流模型、空化模型在敞水性能计算、空泡形态模拟上的准确性。接着,进行了网格无关性验证,采用时域方法及频域谱分析方法,对导管螺旋桨与单桨尾部流场涡结构演化特征进行对比分析,结果表明,导管螺旋桨尾部流场因存在泄出涡、导管附着涡、剪切层涡流及一些次级涡结构等多种结构形式而更加复杂,在演化的过程中,涡结构间存在复杂的干扰与合并,在导管内尾涡便已经发生配对与分组,导管加速了涡结构的衰减。对导管螺旋桨叶片压力在叶剖面上的分布情况进行研究,结果表明,叶梢部分是螺旋桨推力的主要来源。选用DES模拟方法及Schnerr-Sauer空化模型对导管螺旋桨在不同进速系数、不同空泡数下的空泡形态,空化面积进行计算分析,结果表明,空泡不仅在叶片吸力面上产生,也会在压力面上产生,吸力面是空泡产生的主要位置,所选取工况下,导管螺旋桨的空化面积受进速系数的影响大于空泡数的影响。空化面积曲线具有周期性,螺旋桨旋转一周空化面积曲线具有四个峰值。最后,建立噪声计算域,设置噪声网格,基于FW-H方程对两种工况下导管螺旋桨的水动力噪声性能进行计算研究,包括无空化噪声性能以及空化噪声性能,分析了其衰减特性及沿圆周的指向性规律,引用噪声评价(NR)数评估噪声对周围环境的影响。结果表明,无论是无空化噪声还是空化噪声,噪声能量主要集中于低频段。无空化噪声在螺旋桨的轴向上具有明显的衰减特性,但在径向上并不明显,沿圆周分布具有偶极特性,轴向指向性明显,径向附近位置声压级较小。导管螺旋桨的空化噪声与无空化噪声相比整体有所提高,声压级提高的幅值为30d B左右,空化引起的噪声增量在导管螺旋桨各个方向上的差别不大。

关键词：导管螺旋桨分离涡方法空化性能水动力噪声

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导管螺旋桨水动力噪声及其控制技术研究

导管螺旋桨水动力噪声及其控制技术研究

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作者：王思贤哈尔滨工程大学

学位级别：硕士

螺旋桨作为水下航行体中最常见的推进装置,运行时产生的噪声大大降低其隐身性,螺旋桨流动噪声控制作为水下航行体的关键技术,有着十分重要的研究与应用价值。本文提出了一种在NO.19A+Ka4-70导管螺旋桨的导管上施加锯齿结构的流动控制方... 详细信息

螺旋桨作为水下航行体中最常见的推进装置,运行时产生的噪声大大降低其隐身性,螺旋桨流动噪声控制作为水下航行体的关键技术,有着十分重要的研究与应用价值。本文提出了一种在NO.19A+Ka4-70导管螺旋桨的导管上施加锯齿结构的流动控制方法以降低导管螺旋桨的水动力噪声。本文首先对DTMB P4119常规螺旋桨水动力性能进行计算并与试验结果对比,验证仿真有效性。阐述螺旋桨噪声产生原理,并对螺旋桨的流噪声以及流激噪声分别进行计算,并分析不同进速和转速下的辐射声功率曲线,讨论了影响螺旋桨辐射声功率的主要因素。其次探究了NO.19A+Ka4-70导管螺旋桨流动特性,压力、速度以及涡量分布规律以及总辐射声功率级,讨论不同叶梢间隙下导管螺旋桨的流场分布状态以及速度压力变化规律。在此规律基础上分析了锯齿结构影响导管螺旋桨流动状态以及噪声控制的机理;发现添加锯齿尾缘的结构后有效地抑制了导管内壁的边界层分离现象,改变了模型尾部的涡量区域分布,使得导管尾缘产生的大涡被破坏,产生的小涡变多。添加锯齿前缘结构后改变导管前端的压力分布,导管内外压力差变小,逆压梯度减小从而抑制了导管表面的边界层分离,减少桨叶前端涡结构的产生,同时削弱桨叶运动中产生的梢涡结构大小。计算讨论了不同长度以及个数下锯齿结构的噪声控制效果,得到最优控制效果的含锯齿导管螺旋桨。最后设计加工了原始导管桨与锯齿前缘导管桨的试验模型,在低噪声重力式水洞应用混响法与湍流脉动压力测量法测量水动力噪声。试验表明:在不同进速系数下,锯齿前缘导管桨具有良好的控制水动力噪声的效果,能够有效降低导管桨表面的湍流脉动压力。

关键词：导管螺旋桨流动控制锯齿结构水动力噪声

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三维回转运动条件下水下潜器系统导管螺旋桨推力特性研究

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舰船科学技术 2022年第2期44卷 104-110页

作者：张强吴家鸣张天杨显原华南理工大学土木与交通学院广东广州510640

采用多重重叠网格技术模拟一对称立式水下潜器在三维回转运动过程中水下潜器系统及其系统中导管螺旋桨的水动力特性,提出一种水下潜器三维回转运动数值计算模型,通过指定叠加运动来控制螺旋桨的旋转来对水下潜器的三维回转运动方式进行... 详细信息

采用多重重叠网格技术模拟一对称立式水下潜器在三维回转运动过程中水下潜器系统及其系统中导管螺旋桨的水动力特性,提出一种水下潜器三维回转运动数值计算模型,通过指定叠加运动来控制螺旋桨的旋转来对水下潜器的三维回转运动方式进行操纵。计算结果表明:提出的水下潜器三维回转运动数值计算模型可以预报水下潜器三维回转运动的动力状态;水下潜器在其三维回转运动过程中,导管螺旋桨发出的推力表现出稳定的周期性的变化;相比于二维回转运动,水下潜器在进行三维回转运动过程中,由于垂向运动速度分量的存在,导致水下潜器导管螺旋桨推力较二维回转运动条件下小,潜器主体所受垂向流体阻力较二维回转运动条件下更大且波动更加剧烈。

关键词：水下潜器导管螺旋桨多重重叠网格三维回转运动

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斜流作用下导管螺旋桨的推力与转矩特性研究

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中国造船 2020年第S02期61卷 372-382页

作者：周长科吴家鸣王浩天华南理工大学土木与交通学院广州510640

导管螺旋桨经常应用于渔船、拖轮、海上工作船等载荷较大的水面船舶,以及水下机器人等带缆遥控潜器作为其轨迹与姿态操纵的一种推进控制机构.当导管螺旋桨在斜向状态工作时,其水动力性能与轴流状态存在许多差异.为了研究斜向来流中导管... 详细信息

导管螺旋桨经常应用于渔船、拖轮、海上工作船等载荷较大的水面船舶,以及水下机器人等带缆遥控潜器作为其轨迹与姿态操纵的一种推进控制机构.当导管螺旋桨在斜向状态工作时,其水动力性能与轴流状态存在许多差异.为了研究斜向来流中导管螺旋桨的推力特性变化规律,论文对KA4-70/19A导管螺旋桨在斜向来流中的水动力特性进行计算,研究了导管的存在和斜流角度对桨推力与转矩特性的影响.计算结果表明:在斜流中,导管的存在减小了螺旋桨受到的干扰,降低了桨叶的振动幅值,从而对螺旋桨的水动力性能起到了改善的作用;斜流角度越大,导管对流场作用的影响也越大.

关键词：导管螺旋桨斜流水动力性能计算流体力学

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导管螺旋桨结构参数对永磁电机推进器效率的影响

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电机与控制应用 2021年第7期48卷 11-17页

作者：汪宗彪田海涛姜淑忠罗响上海交通大学电子信息与电气工程学院电气工程系上海200240 中国舰船研究设计中心湖北武汉430064

电机推进器的效率直接影响自主/遥控水下机器人(ARV)的续航能力,不仅和电机自身效率有关,还和导管、螺旋桨结构参数有关。针对万米ARV所用推进器,基于坐标变换进行导管螺旋桨三维建模。搭建导管螺旋桨计算流体力学(CFD)仿真模型,分析其... 详细信息

电机推进器的效率直接影响自主/遥控水下机器人(ARV)的续航能力,不仅和电机自身效率有关,还和导管、螺旋桨结构参数有关。针对万米ARV所用推进器,基于坐标变换进行导管螺旋桨三维建模。搭建导管螺旋桨计算流体力学(CFD)仿真模型,分析其水动力性能。通过永磁推进电机本体与控制系统联合仿真,计算电机损耗和效率。分析在导管螺旋桨产生的总推力一定的条件下,其盘面比、纵倾角及导管攻角与推进器整体效率之间的关系。仿真结果对导管螺旋桨的设计和优化具有一定的指导意义。

关键词：电机推进器导管螺旋桨推进效率续航能力

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一种削弱梢隙涡的导管螺旋桨及其使用方法

一种削弱梢隙涡的导管螺旋桨及其使用方法

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作者：吴佳峰刘冰陈伟胡旭曹畅谢兴沙彬彬牛帅 430000 湖北省武汉市武昌区中山路450号

本发明提出了一种削弱梢隙涡的导管螺旋桨及其使用方法，包括管体内壁上开设有沟槽；桨叶叶梢位于沟槽内；蒙皮敷设在管体内壁上；第一环组件位于管体与蒙皮之间；第一环组件内壁粘接于蒙皮，第一环组件具有形变且改变内径的能力并带动... 详细信息

标准号: CN117485532A

本发明提出了一种削弱梢隙涡的导管螺旋桨及其使用方法，包括管体内壁上开设有沟槽；桨叶叶梢位于沟槽内；蒙皮敷设在管体内壁上；第一环组件位于管体与蒙皮之间；第一环组件内壁粘接于蒙皮，第一环组件具有形变且改变内径的能力并带动蒙皮粘接第一环组件以外的部分弹性拉伸或者收缩，并调整蒙皮被第一环组件内壁粘接的部分与桨叶叶梢的间距；通过第一环组件形变并改变自身内径，从而带动蒙皮拉伸或者收缩，从而调整第一环组件内壁及其上的蒙皮与桨叶叶梢的间距大小，通过尽可能的缩小梢隙但又不会完全消除梢隙来控制流经梢隙的流体量，控制流体流经梢隙后形成较小的涡核，同时避免流体在桨叶两侧压力差的作用下通过桨叶的其他部分进行转移。

关键词：环组件蒙皮桨叶叶梢内壁粘接管体内壁形变桨叶收缩导管螺旋桨弹性拉伸控制流体流体量压力差流体管体拉伸涡核削弱

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