螺旋桨水动力性能、空泡及噪声性能的数值预报研究

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1、分类号：UDC：密级：编号：工学博士学位论文螺旋桨水动力性能、空泡及噪声性能的数值预报研究博士研究生：指导教师：学位级别：学科、专业：所在单位：论文提交日期：论文答辩日期：学位授予单位：王超黄胜教授工学博士船舶与海洋结构物设计制造船舶工程学院2010年5月2010年6月哈尔滨工程大学}11，’．'．ClassifiedIndex：U．D．C：IIlllllrllllllrPIIIFIIfY1809375ADissertationfortheDegreeofD．EngTheResearchonPer

2、formanceofPropeller’SHydrodynamics，CavitationandNoiseCandidate：Supervisor：AcademicDegreeAppliedfor：Speciality：fSubmission：Examination：University：WangChaoProf．HuangShengDoctorofEngineeringDesignandConstructionofNavalArchitectureandOceanStructureMay，201

3、0June，2010HarbinEngineeringUniversity哈尔滨工程大学学位论文原创性声明本人郑重声明：本论文的所有工作，是在导师的指导下，由作者本人独立完成的。有关观点、方法、数据和文献的引用已在文中指出，并与参考文献相对应。除文中已注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经公开发表的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标’明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担已1作者(签字)：j_乏日期：彳9年舌月∥日学位论文授权使用声明本人完全

4、了解学校保护知识产权的有关规定，即研究生在校攻读学位期间论文工作的知识产权属于哈尔滨工程大学。哈尔滨工程大学有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件。本人允许哈尔滨工程大学将论文的部分或全部内容编入有关数据库进行检索，可采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文，可以公布论文的全部内容。同时本人保证毕业后结合学位论文研究课题再撰写的论文一律注明作者第一署名单位为哈尔滨工程大学。涉密学位论文待解密后适用本声明。本论文(囤在授予学位后即可口在授予学位12个月后口解密后)由哈尔滨工程大学送

5、交有关部门进行保存、汇编等。作者(签字)：熊导师(签字)：卅芯广’日期：2吵年铜夕日冲知年／月肜日I『汐7螺旋桨水动力性能、空泡及噪声性能的数值预报研究摘要随着船舶向大型化和高速化发展，船舶螺旋桨的负荷越来越重，螺旋桨及其后的舵装置都不可避免会发生空泡现象，空泡现象的出现将会降低螺旋桨的性能，产生空化剥蚀，导致船体脉动压力剧增，形成空泡噪声，使螺旋桨噪声成为船舶主要的噪声源。目前舰船声隐身性能成为造船界普遍关注的问题，螺旋桨空泡噪声作为舰船三大噪声源之一已受到越来越多的关注。本论文采用面元法理论结

6、合CFD数值模拟技术系统地对螺旋桨的水动力性能、空泡性能以及噪声性能进行了深入的研究，开展了定常及非定常螺旋桨水动力性能数值计算方法的研究，进行了粘性流场中螺旋桨以及桨．舵之间的性能模拟及流场分析；以面元法和CFD技术为基础分析了螺旋桨的空泡性能，并对螺旋桨的无空泡噪声及空泡噪声进行了探讨。论文首先系统地阐述了船舶螺旋桨理论的发展历程，总结了国内外对螺旋桨的水动力性能、空泡性能及噪声性能等的理论、试验研究现状和发展趋势，并分析了计算流体力学软件在船舶螺旋桨相关性能预报方面的应用及前景。采用理论方法

7、系统地研究了均匀流场和非均匀流场中螺旋桨的水动力性能预报问题，并编制了相应的数值预报程序。其中螺旋桨的定常水动力性能采用基于速度势的低阶面元法预报，非定常水动力性能采用时域方法进行求解。同时，在计算过程中，为了加快计算进度，螺旋桨的数学模型采用主桨叶方法，其他桨叶上的未知量均可由主叶片按一定相位角推算出来，且非定常性能计算时的每一时间步长的计算方法与定常性能计算基本相同。选用整体迭代法结合等压库塔条件预报了螺旋桨在均匀流场和非均匀流场中的空泡性能。计算时用格林公式导出该问题的积分方程，以运动学边界

8、条件、动力学边界条件、无穷远条件、等压库塔条件等作为方程的定解条件。论文中分析了网格划分方式、网格数以及尾涡模型对螺旋桨表面空泡分布预报结果的影响，同时把计算结果与实验结果进行了比较，验证程序的可靠性，、0▲F哈尔滨工程大学博士学位论文础上，计算了非均匀来流中螺旋桨的空泡性能，考察了螺旋桨旋转一中桨叶空泡分布范围的变化。用雷诺时均(RNS)方程的求解技术对粘性流场中螺旋桨敞水性能进算研究。进行螺旋桨敞水性能计算时，把周期性边界条件引入到模型建立和参数设置中。在模型建立时根据螺旋桨桨