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涡识别技术及其在船用螺旋桨伴流场中的应用

力学学报 2022年第11期54卷 3032-3041页

作者：杨琳郑兴哈尔滨工程大学船舶工程学院哈尔滨150001

涡识别是很重要的流体问题,为了在船用螺旋桨伴流场中寻找一种合理的涡识别方法,本文结合实践,研究了六种涡识别技术理论,其中使用Burgers涡流和Lamb-Oseen涡流作了必要的解释,讨论了各种识别方法的优缺点.局部低压标准比较直观,但深究... 详细信息

涡识别是很重要的流体问题,为了在船用螺旋桨伴流场中寻找一种合理的涡识别方法,本文结合实践,研究了六种涡识别技术理论,其中使用Burgers涡流和Lamb-Oseen涡流作了必要的解释,讨论了各种识别方法的优缺点.局部低压标准比较直观,但深究其黏性和非定常影响后,明显不足;迹线或流线显然不能满足伽利略不变性,会使辨别变得混乱;涡度大小需要规定其阈值,具有一定不确定性,且也会识别不是涡的涡片;速度梯度张量的复特征值也会有识别不出的区域;速度梯度张量的第二不变量标准和对称张量的第二特征值标准能更好地识别涡核,这两种标准有时等效.螺旋桨伴流场的数值模拟是在开源软件OpenFOAM平台上实现的,湍流大涡模型由一种局部动态方程建模,此模型优于动态Smagorinsky模型.最终的结果显示:对于船用螺旋桨伴流场中的涡,采用速度梯度张量的第二不变量和对称张量的第二特征值的结果基本一致,而最小压力标准、流线或迹线标准、涡度值标准和速度张量的复特征值标准都存在一定的缺陷,不适用于船用螺旋桨伴流场中的涡识别.

关键词：涡识别船用螺旋桨伴流场大涡模拟

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船用螺旋桨参数化建模方法研究与优化设计

船用螺旋桨参数化建模方法研究与优化设计

作者：王宪辉青岛大学

学位级别：硕士

近年来,轮缘驱动推进器作为一种新型高效螺旋桨推进器逐渐得以应用,它所使用的无毂螺旋桨相比传统螺旋桨有着更高的敞水效率,许多学者对其开展了深入研究。为了对其进一步设计与优化,本文开发了一套面向无毂螺旋桨和传统螺旋桨的参数化... 详细信息

近年来,轮缘驱动推进器作为一种新型高效螺旋桨推进器逐渐得以应用,它所使用的无毂螺旋桨相比传统螺旋桨有着更高的敞水效率,许多学者对其开展了深入研究。为了对其进一步设计与优化,本文开发了一套面向无毂螺旋桨和传统螺旋桨的参数化建模系统,实现了螺旋桨的自动化建模。基于该系统与计算流体力学(CFD)方法,本文对一种反厚度规律的无毂螺旋桨进行了设计与优化,并进一步对反厚度螺旋桨推进系统进行了设计与应用研究。本文主要研究内容如下:首先对螺旋桨参数化建模系统进行研究。基于图谱法构建了图谱桨二维型值点与三维型值点计算模型,并对模型进行了修改,使其适用于包括无毂螺旋桨在内的自由形状螺旋桨。根据构建的模型,利用MATLAB开发了一款螺旋桨型值点计算软件,实现了两种图谱螺旋桨及自定义参数螺旋桨的型值点计算功能。然后,对NX进行二次开发,实现了根据输入参数与型值点数据,自动建模传统螺旋桨及无毂螺旋桨的功能。利用CFD法对参数化建模的图谱桨进行了水动力性能分析,验证了建模系统的正确性。对JQ-5-81系列螺旋桨进行了参数化建模,并用CFD技术分析了其水动力性能。结果表明,该桨的敞水性能与图谱数据相符,满足设计要求。通过分析螺旋桨的压力分布、后流场速度分布和涡流特征,进一步验证了螺旋桨模型的正确性,进而证明了建模系统的可靠性。其次,基于计算流体力学方法与参数化建模系统对一种反厚度规律无毂螺旋桨进行了优化设计。利用参数化建模系统参照Ka4-70型号螺旋桨建模了一种反厚度规律无毂螺旋桨,并通过CFD技术,对其敞水性能进行分析。结果表明,该反厚度螺旋桨具有一定的研究意义和应用潜力。以最大敞水效率为优化目标,通过调整叶截面弦长、叶片长度和螺距比等参数,对反厚度螺旋桨进行了优化设计,实现了在最大效率进速范围内平均敞水效率6.45%的提升。文章还对比了优化前后的反厚度螺旋桨及传统螺旋桨的尾流场速度、涡量分布,分析了不同螺旋桨性能差异的原因。最后,开展了反厚度螺旋桨推进系统的设计与应用研究。分析了不同导管形状对推进系统水动力性能的影响,并在设计的四种导管中选择了性能最优的一种。针对系统推力较小的问题,提出了使用对转桨方案来提升推力。分析了不同桨距下系统的水动力性能,最终得到最优桨距对转螺旋桨系统,其相较单桨系统在最大敞水效率区间内推力提升了55.44%。对系统进行了船机桨匹配,在最大效率工况下匹配了适合的船舶阻力及发动机功率。

关键词：船用螺旋桨参数化建模水动力性能计算流体力学优化设计

基于改进飞蛾扑火优化算法的船机桨匹配设计研究

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计算机科学 2024年第S1期51卷 57-65页

作者：陈振霖罗亮郑龙姬胜晨陈顺怀高性能船舶技术教育部重点实验室武汉430063 武汉理工大学船海与能源动力工程学院武汉430063

基于改进飞蛾扑火优化(Improved Moth-Flame Optimization,IMFO)算法,以两艘现有船舶为计算实例,展开了综合考虑螺旋桨推进效率、空泡性能和桨叶强度的船机桨匹配工作。以遗传算法(Genetic Algorithm,GA)和原始飞蛾扑火优化(Moth-Flame ... 详细信息

基于改进飞蛾扑火优化(Improved Moth-Flame Optimization,IMFO)算法,以两艘现有船舶为计算实例,展开了综合考虑螺旋桨推进效率、空泡性能和桨叶强度的船机桨匹配工作。以遗传算法(Genetic Algorithm,GA)和原始飞蛾扑火优化(Moth-Flame Optimization,MFO)算法为对比算法,分析了IMFO辅助船机桨匹配工作时的性能。数值实验的结果表明,在解决船机桨匹配问题时,IMFO算法的收敛时间相比GA算法在两个算例中分别缩短了44.24%和54.14%,相比MFO算法分别缩短了23.9%和23.12%。此外,在求解精度方面,在计算示例1中,IMFO算法相比GA算法和MFO算法略有提升;而在计算示例2中,IMFO算法相比GA算法提高了3.66%,较MFO算法提高了0.98%。最后,通过对两个算例的可行解空间进行可视化表示,进一步讨论了IMFO算法的求解性能。上述结果对比证明了IMFO算法具备强大的全局搜索能力,在解决船机桨匹配问题时具有良好的竞争力和鲁棒性。

关键词：改进飞蛾扑火优化算法优化设计群智能优化算法船机桨匹配船用螺旋桨

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基于***的船用螺旋桨自动建模方法研究

机械设计与制造 2022年第4期374卷 208-211,215页

作者：单东生龚京风姚炎炎王晴武汉科技大学汽车与交通工程学院湖北武汉430065 中国舰船研究设计中心湖北武汉430064

船用螺旋桨形状复杂,为满足快速、精确建模的要求,提出一种基于***编程语言的螺旋桨三维自动建模方法。基于桨叶切面基础数据,推导桨叶型值点数学转换公式。利用Excel完成桨叶切面基础数据和桨毂数据的存储与读取。研究螺旋桨建模方法,... 详细信息

船用螺旋桨形状复杂,为满足快速、精确建模的要求,提出一种基于***编程语言的螺旋桨三维自动建模方法。基于桨叶切面基础数据,推导桨叶型值点数学转换公式。利用Excel完成桨叶切面基础数据和桨毂数据的存储与读取。研究螺旋桨建模方法,对CATIA进行二次开发,集成型值点导入、曲面建模、实体填充等建模流程。基于***语言将上述操作程序化,设计界面友好的螺旋桨自动建模软件。利用该软件完成桨叶的自动建模,并进行光顺性检查和模态分析。这里建立的螺旋桨自动建模方法简单高效,能够避免传统几何建模方法的手工操作量大、易出错的缺点。

关键词： CATIA 船用螺旋桨三维建模

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船用螺旋桨典型腐蚀类型与防护措施研究进展

腐蚀科学与防护技术 2019年第4期31卷 443-448页

作者：朱晶姜元军何大川大连船用推进器有限公司大连116021

对在海水环境中使用的船用螺旋桨的海生物附着、电化学腐蚀、空泡剥蚀及冲刷腐蚀4种典型的腐蚀原理及危害进行了概述,并对相应的防腐措施作了介绍,针对目前现有的防护措施做出了归纳和分析,指出了船用螺旋桨防腐措施的研究和应用的发展... 详细信息

对在海水环境中使用的船用螺旋桨的海生物附着、电化学腐蚀、空泡剥蚀及冲刷腐蚀4种典型的腐蚀原理及危害进行了概述,并对相应的防腐措施作了介绍,针对目前现有的防护措施做出了归纳和分析,指出了船用螺旋桨防腐措施的研究和应用的发展趋势。

关键词：船用螺旋桨海水腐蚀金属腐蚀防护措施

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船用螺旋桨防护技术及其材料研究进展

中国腐蚀与防护学报 2017年第6期37卷 495-503页

作者：李科翟晓凡管方钱洲亥张美霞段继周侯保荣中国科学院海洋研究所中国科学院海洋环境腐蚀与生物污损重点实验室青岛266071 中国科学院大学北京100049 国网浙江省电力公司电力科学研究院杭州310006

介绍了船用螺旋桨在海洋环境中的腐蚀与污损问题及其防护方法发展现状,着重介绍了螺旋桨外加防护技术与螺旋桨新型耐蚀材料。螺旋桨的外加防护技术主要有阴极保护、涂装防护涂层、电解防污等方法,适用于在役螺旋桨设备。新型螺旋桨材料... 详细信息

介绍了船用螺旋桨在海洋环境中的腐蚀与污损问题及其防护方法发展现状,着重介绍了螺旋桨外加防护技术与螺旋桨新型耐蚀材料。螺旋桨的外加防护技术主要有阴极保护、涂装防护涂层、电解防污等方法,适用于在役螺旋桨设备。新型螺旋桨材料不断发展,除了常规铜合金系列材料,还发展了耐蚀性能良好的不锈钢材料以及复合材料等。本文对螺旋桨几种重要的防护方法及新型螺旋桨材料进行了综述介绍,并指出了螺旋桨防护技术及其耐蚀材料研究和应用的发展趋势。

关键词：船用螺旋桨防护技术耐蚀材料不锈钢复合材料

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船用螺旋桨的创新发展与应用

船舶物资与市场 2023年第6期31卷 5-7页

作者：隋波阮航张君陈秋实朱晶海装沈阳局驻大连地区第三军事代表室辽宁大连116083 大连船用推进器有限公司辽宁大连116021

随着科学技术创新的不断进步,我国船舶工业将推进高质量发展,作为船舶动力核心的船用螺旋桨直接决定了船舶行驶,拥有了先进的螺旋桨,意味着掌握了造船最核心的技术。本文概述了船用螺旋桨的发展及作用,并对船用螺旋桨按照普通螺旋桨、... 详细信息

随着科学技术创新的不断进步,我国船舶工业将推进高质量发展,作为船舶动力核心的船用螺旋桨直接决定了船舶行驶,拥有了先进的螺旋桨,意味着掌握了造船最核心的技术。本文概述了船用螺旋桨的发展及作用,并对船用螺旋桨按照普通螺旋桨、节能螺旋桨、特种螺旋桨三大类分别做了详细介绍,基于国家“十四五”规划及远景目标,结合船舶工业绿色环保转型,明确了未来船用螺旋桨的设计制造和发展方向。

关键词：船用螺旋桨普通螺旋桨节能螺旋桨特种螺旋桨

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船用螺旋桨砂带磨削表面质量的试验研究

中国机械工程 2011年第14期22卷 1659-1663页

作者：杨春强黄云吴建强重庆大学重庆400030 重庆市材料表面精密加工及成套装备工程技术研究中心重庆400021

通过正交试验研究了磨削参数对船用螺旋桨叶片表面粗糙度的影响。讨论了砂带粒度、砂带线速度、接触轮硬度、磨削深度和磨削进给速度对表面粗糙度的影响规律。分析了砂带粒度和磨削深度对磨削后残余应力的影响。研究结果表明:砂带粒度... 详细信息

通过正交试验研究了磨削参数对船用螺旋桨叶片表面粗糙度的影响。讨论了砂带粒度、砂带线速度、接触轮硬度、磨削深度和磨削进给速度对表面粗糙度的影响规律。分析了砂带粒度和磨削深度对磨削后残余应力的影响。研究结果表明:砂带粒度对表面粗糙度的影响最大,在合适的磨削参数下可获得最佳表面粗糙度;砂带弹性磨削的特点使螺旋桨表面形成残余压应力;砂带粒度越小,残余压应力越小;随着磨削深度的增加,残余压应力不断增大。

关键词：砂带磨削船用螺旋桨表面粗糙度残余应力

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船用螺旋桨敞水性能与桨叶应力的数值分析

力学季刊 2011年第3期32卷 440-443页

作者：顾铖璋郑百林同济大学航空航天与力学学院上海200092

采用FLUENT软件中的多参考坐标系模型(MRF)对螺旋桨的敞水性能进行模拟,并将模拟结果与试验值进行比较,然后通过ANSYS Workbench中的流固耦合技术将FLUENT计算所得的桨叶表面压力加载到ANSYS中桨叶的有限元模型中进行静力分析计算,得到... 详细信息

采用FLUENT软件中的多参考坐标系模型(MRF)对螺旋桨的敞水性能进行模拟,并将模拟结果与试验值进行比较,然后通过ANSYS Workbench中的流固耦合技术将FLUENT计算所得的桨叶表面压力加载到ANSYS中桨叶的有限元模型中进行静力分析计算,得到的桨叶应力结果与理论分析相吻合。

关键词：船用螺旋桨多参考坐标系敞水性能流固耦合