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近年来,摆线推进器由于其优良的操纵性能越来越受到人们的广泛关注。摆线推进器通过改变偏心点的位置来改变推力方向,具有操纵性好,抗风浪能力强,响应速度快等特点。摆线推进系统在诸如拖船,渡船等高机动船上是很有效的,它能够产生水平面上所有方向的推力。当成对使用时,可以使船只能够执行诸如侧向移动、原地回转等操纵难度较大的操作。摆线推进器工作时叶片以自转和公转并存的形式多自由度运动,叶片间的水动力干扰是十分复杂的。研究摆线推进器的水动力性能、桨叶在旋转中对周围流场的扰动及受到的非定常力和尺度效应的研究对摆线推进器的优化设计与性能的提升有着很重要的意义。
CFD(Computational Fluid Dynamics)技术在船舶推进器性能计算方面应用广泛,本文在CFD技术的基础上,采用STAR-CCM+软件计算摆线推进器性能,主要分为以下几个方面:
1、总结了从摆线推进器发明至今关于其水动力性能研究所开发应用的理论计算方法和实验研究进展,对绕流运动的涡旋脱落现象的研究进展进行分析,得到了摆线推进器涡旋脱落和水动力相互结合的研究思路,并且分析了目前关于船用摆线推进器尺度效应研的难点。
2、介绍了计算中涉及到的物理和数学模型,对比计算了采用不同湍流模型对摆线推进器水动力性能的影响,包括单叶片瞬时受力、幅值和推进器总体的推理与转矩;最后对摆线推进器的运动规律进行介绍,给出了处理计算结果的公式。
3、针对摆线推进器二维简化模型进行了水动力的数值模拟,对运动参数引起摆线推进器推力脉动和效率改变进行分析总结,并探讨了摆线推进器周围速度场和涡旋分布的规律。摆线推进器的敞水水动力具有明显的尺度效应,尺度越小、雷诺数越小,计算得到的推力与转矩系数越小,当雷诺数达到临界雷诺数后可以忽略由雷诺数不足引起的尺度效应。
4、针对自主设计的三维摆线推进器进行了水动力的数值模拟,分析了网格、时间步长、湍流模型等对计算结果的影响,验证计算方法的可行性。进而研究偏心率,自转中心点位置等重要参数对摆线推进器性能的影响。
5、研究三维摆线推进器涡旋演化、脱落的过程,分析结构参数和运动参数对摆线推进器导边涡、尾缘涡和梢涡的影响规律,并对比不同工况下的流场的分布,将涡脱落和摆线推进器受力相结合,分析涡脱落的机理及作用。
CFD(Computational Fluid Dynamics)技术在船舶推进器性能计算方面应用广泛,本文在CFD技术的基础上,采用STAR-CCM+软件计算摆线推进器性能,主要分为以下几个方面:
1、总结了从摆线推进器发明至今关于其水动力性能研究所开发应用的理论计算方法和实验研究进展,对绕流运动的涡旋脱落现象的研究进展进行分析,得到了摆线推进器涡旋脱落和水动力相互结合的研究思路,并且分析了目前关于船用摆线推进器尺度效应研的难点。
2、介绍了计算中涉及到的物理和数学模型,对比计算了采用不同湍流模型对摆线推进器水动力性能的影响,包括单叶片瞬时受力、幅值和推进器总体的推理与转矩;最后对摆线推进器的运动规律进行介绍,给出了处理计算结果的公式。
3、针对摆线推进器二维简化模型进行了水动力的数值模拟,对运动参数引起摆线推进器推力脉动和效率改变进行分析总结,并探讨了摆线推进器周围速度场和涡旋分布的规律。摆线推进器的敞水水动力具有明显的尺度效应,尺度越小、雷诺数越小,计算得到的推力与转矩系数越小,当雷诺数达到临界雷诺数后可以忽略由雷诺数不足引起的尺度效应。
4、针对自主设计的三维摆线推进器进行了水动力的数值模拟,分析了网格、时间步长、湍流模型等对计算结果的影响,验证计算方法的可行性。进而研究偏心率,自转中心点位置等重要参数对摆线推进器性能的影响。
5、研究三维摆线推进器涡旋演化、脱落的过程,分析结构参数和运动参数对摆线推进器导边涡、尾缘涡和梢涡的影响规律,并对比不同工况下的流场的分布,将涡脱落和摆线推进器受力相结合,分析涡脱落的机理及作用。