船舶与海洋工程毕业论文三完美版Word文档下载推荐.docx
- 文档编号:16693126
- 上传时间:2022-11-25
- 格式:DOCX
- 页数:65
- 大小:1,001.28KB
船舶与海洋工程毕业论文三完美版Word文档下载推荐.docx
《船舶与海洋工程毕业论文三完美版Word文档下载推荐.docx》由会员分享,可在线阅读,更多相关《船舶与海洋工程毕业论文三完美版Word文档下载推荐.docx(65页珍藏版)》请在冰豆网上搜索。
2.3改变螺旋桨的螺距-.10-
2.4本章小结.-..15-
第3章导管桨的水动力分析-..16-
3.1水动力分析软件设置-..16-
3.1.1导入网格文件-..16-
3.1.2边界条件的设定•-..17-
3.1.3对导管螺旋桨水动力分析计算的设置.-18-
3.2水动力计算以及结果分析.-..19-
3.2.1进行定常水动力计算.-.19-
3.2.2进行非定常水动力计算-.20-
3.3本章小结-21-
第4章不同螺距导管桨的噪声分析.-.22-
4.1声源网格的划分-.22-
4.2CFX计算结果的处理.-.24-
4.2.1将非定常流场数据转换为EnsightGold格式•-24-
4.2.2修改.case文件-24-
4.3Actran噪声计算的设置.-.25-
4.3.1进行ICFD计算-.25-
4.3.2进行声传播计算.-.26-
433进行声源和声传播域的噪声计算-.29-
4.4不同螺距导管桨的噪声对比.-.30-
4.5本章小结.-..41-
结论-.42-
参考文献..43-
致谢-.44-
第1章绪论
1.1课题研究的目的和意义
导管螺旋桨是一种特种推进器(或称非常规推进器),这种推进器在载荷较重时仍具有较高的效率,且外界进流条件的变化对螺旋桨的转矩影响很小,故在不同工况下仍能较充分的吸收主机功率,因此适用于螺旋桨载荷较大的船舶,如拖船、顶推船、渔船等,且由于它具有海上航行时受外界海况变化影响较小,导管对螺旋桨有保护作用,导管能使航向稳定性得到显著改善等优点,现在商船上也得到很大应用[1]。
螺旋桨运行时会有较大噪声,尤其是空泡和非均匀来流时螺旋桨的噪声更大。
因此水动力噪声与空化噪声是船舶螺旋桨研究中的焦点问题之一[2],目前对于螺旋
桨噪声的研究多偏向传统桨,对导管螺旋桨的研究较少,其主要研究手段为实验方法。
这种情况使得螺旋桨噪声的相关研究成果仅掌握在有限的实验条件良好的研究机构中。
随着噪声计算方法的进步,螺旋桨噪声能够更快捷的得到。
本课题将对导管桨在不同螺距下的噪声进行模拟,用于积累相关数据。
1.2国内外在该方向的研究现状及分析
人们从19世纪初期就开始了对螺旋桨的理论研究,随着科学技术的不断进步,螺旋桨的研究也在不断地发展和深入,并且随着螺旋桨理论的发展,人们发现并关注于导管桨[3]的优点和特性,开始对其进行深入的理论研究。
早在人们还使用鼓动盘模型时,就开始了对导管螺旋桨的研究,对于导管人们是将其简化为一个圆柱面,而上面的载荷分布情况则是用奇点系来模拟,为能够更加便于计算,认为其流动问题是轴对称的,经过这样的假设和处理就使流动为线性。
1972年,Ryan
和Glover[4]使用了一种新的方法来避免导管问题的线性化,他们采用了表面涡分布法。
这种方法源于二维理论并结合了修正后升力线理论,使其更加符合导管理论,并将这种方法在三个导管螺旋桨上进行了验证。
在国外对螺旋桨噪声问题的研究在开始是从对直升机旋翼和空气动力学的研究开始的。
Epstein^在1953年提出螺旋桨的噪声研究现状及节能减排的研究,开始了对直升机螺旋桨噪声的研究。
1978年Farassat,F和Brown,T•J•Brown⑹提出一种新的预测直升机旋翼和螺旋桨噪声的方法,描述了控制方程和计算技巧。
对于螺旋桨的噪声预报,空泡噪声的预报开展较早,而且对其研究比较多,随着设计方法的改进,设计人员经过努力将螺旋桨的空泡临界航速大大提高,对于潜艇等舰艇,螺旋桨的空泡工况状态已不具有典型性,螺旋桨的无空泡噪声就逐渐突出起来,因此对螺旋桨的无空泡噪声预报的研究也逐渐得到重视和发展。
英国科学家Lighthill在英国皇家学会会刊上发表了其著名的Lighthill方程和
声拟理论,人们普遍把这项工作当做气动声学诞生的标志,Lighthill方程成为了研
究气动声学的最基本的方程,Fowcs和Hawkings⑺运用广义函数理论推导出静止流体中作任意运动的控制面的发声方程,即著名的FW-H方程,20世纪70年代初
大多采用频域方法预报螺旋桨噪声,F•FarassO?
和T•J•Brown提出一种新的预测直升机旋翼和螺旋桨噪声的方法,描述了控制方程和计算技巧,F•Farassat接
着给出了螺旋桨噪声的优化解,现有的用于预报螺旋桨噪声的解法是由一个统一的方法得出,这个方法是基于FW-H方程,Farassa从FW-H方程经过格林函数积分和转换空间导数与时间导数,得出FW-H方程中厚度噪声和载荷噪声的解的时
域积分表达式,即著名的Farassat1A公式[9]。
2002年H.Seol等结合螺旋桨面元法与FW-H方程对螺旋桨无空泡噪声进行了详细的计算,采用边界元法来分析螺旋桨的流场,将随时间变化的压力值作为FW-H方程的输入数据。
同时也计算了导管螺旋桨的噪声,通过边界元法来考虑声音的缺损和散射效应,控制方程是基于声压是线性化的假设。
在计算声音是散射时,将声场分为己知的入射部分和未知的散射部分来计算。
给出了单桨和导管螺旋桨在非均匀流场中的远场声压,结果显示,导管对螺旋桨远场声压的影响很小,导管螺旋桨与单桨远场声压的指向性基本一致。
1.3本文的主要研究内容
运用网格划分软件AutoGrid和Pointwise对螺旋桨进行网格划分,即空间离散,生成的网格可以做CFD/FEA分析,并运用CFX进行水动力模拟,最后运用噪声分析软件ACTRAN对水动力分析结果进行噪声计算。
随着提高船舶航行速度的需求,必将导致螺旋桨旋转速度的增加,在势流范围内,对导管螺旋桨的定常性能预估己有大量研究,而非定常情况下的水动力性能预报相关研究也在不断深入[10],本课题主要是研究螺旋桨的噪声,考虑到实际情况,螺旋桨的噪声分析需要在非定常来流中,所以就要对非定常水动力进行分析,为下一步的噪声分析作准备。
噪声分析主要是运用噪声分析软件ACTRAN。
ACTRAN除了包含其它计算声学软件的全部特征之外还包含了许多独有的技术特征,例如:
(1)声波在非均质运动流体中的传播
(2)物理坐标与模态座标求解技术相结合,增大了ACTRAN的解题规模
(3)内含对有回响和无回响空间的模拟
(4)声音通过复合材料/夹层结构的传输和吸收
(5)面向工程的激励和边界条件,包括:
声称边界条件、扩散声场激励、湍
流边界层激励、落雨激励和随机运动学激励。
对于此软件对课题的应用,主要是体现在将前面水动力分析的结果导入软件中,进行非定常水动力的噪声分析.
本文要做的是不同螺距导管桨的噪声分析,也就是对导管桨的螺距进行增大或者减小,将得到的改变螺距之后的导管桨进行同样的后续计算,最后也得到噪声结果,最后,对不同螺距导管桨的噪声结果进行对比分析。
第2章不同螺距导管螺旋桨的造型
2.1对转子区域建造模型
对转子区域进行建模,需要用到的软件是Pointwise和AutoGrid。
Gridgen软件是在上世纪80年代美国通用动力公司在研制F-16战斗机时开发出来的,以对结构提供最好的控制而闻名于世。
由于各用户要求继续开发该产品,Gridgen的编程人员在1994年成立了Pointwise公司,推出了商用化的后继产品。
Gridgen软件的市场定位是长期从事CFD工作的人员。
Gridgen可以生成多块结构网格、非结构网格和混合网格,可以引进CAD的输出文件作为网格生成基础。
生
成的网格可以输出十几种常用商业流体软件的数据格式,直接让商业流体软件使用。
Pointwise是Gridgen软件的后续版本,在2008年推出第一个版本,在2012年4月份发布Pointwise17,该版本集成了Gridgen软件的所有功能。
相比于Gridgen总体上pointwise生成网格更加直观,使用更加方便。
所以本文大部分过程用到的生成网格的软件是pointwise。
Autogrid:
柱形回转面结构(如搅拌器及透平机械)自动网格生成器,可方便、快速地生成包括透平、离心、轴流压缩机、泵、风机、燃气轮机、风力机、航空发动机、增压器、内燃机等多种对象的旋转机械叶片网格。
Autogrid5用于生成网
格,其生成网格时的高效率和网格的高质量是其它CFD软件所无法媲美的。
本文
就是运用Autogrid5来生成螺旋桨的转子网格。
导管螺旋桨的转子区域由两部分组合而成,分别是导管内壁和桨叶[11],这两
部分的建模和网格划分需要进行紧密的配合。
2.1.1对导管内壁的处理
对图2-1中的导管壁进行裁剪,用Pointwise中的裁剪功能Edit-Split,选中导管内壁两端的打断点,裁剪完成后单独分离出导管内壁,并以dat的格式导出,得到
一组组成导管内壁的系列点的坐标数据,因为导管内壁需要与转子区域进行配合,而在AutoGrid中坐标是以ZR坐标形式呈现的,刚刚得到的导管内壁数据是XYZ
坐标,所以需要把XYZ坐标转化为ZR坐标,易得知Z坐标就是之前的Z坐标值,而转化之后,原来的X坐标由R坐标替代,转化成的坐标数据见表2-1:
表2-1转化之后的ZR坐标
Z
R
0.05
0.12877
-0.00517
0.12698
0.04541
0.12844
-0.00978
0.04082
0.12818
-0.01438
0.12703
0.03622
0.12794
-0.01898
0.12718
0.03163
0.12769
-0.02357
0.12746
0.02703
0.12745
-0.02815
0.1279
0.02243
0.12724
-0.0327
0.12856
0.01783
0.12709
-0.0372
0.12952
0.01323
0.12701
-0.04161
0.13082
0.00863
-0.0459
0.1325
0.00403
0.12699
-0.05
0.13458
-0.00057
0.127
转化为ZR坐标之后,将其转化为文本格式,作为之后的导入文件。
2.1.2将桨叶和导管内壁进行配合
桨叶是一个由十组切面形成的叶片,切面可以看成是一个圆筒沿Z轴对桨叶
进行切割所形成的面,每组切面由压力面和吸力面组成,每个面又由61个点生成,表2-2是取的其中从根部起第三组切面中组成吸力面(叶背)的61个点的坐标值。
用AutoGrid打开桨叶的源文件,如图2-2a,因为要与导管内壁进行配合,而导管内壁边界在Z轴方向的坐标为0.05m和-0.05m,将Z轴上两侧的边线移动到与导管内壁边界相同的位置,用importandlinkCAD功能将处理过的导管内壁的数据导入转子文件中,得到图2-2b的图形。
表2-2第三组切面导边数据
x
y
z
0.04484
-0.02213
-0.01880
0.04998
0.00137
0.00105
0.04481
-0.02217
-0.01871
0.04990
0.00316
0.00242
0.04480
-0.02221
-0.01861
0.04976
0.00490
0.00377
0.04479
-0.02223
-0.01847
0.04956
0.00658
0.00506
-0.02222
-0.01832
0.04933
0.00818
0.00630
0.04482
-0.01815
0.04905
0.00969
0.00747
0.04487
-0.02205
-0.01798
0.04875
0.01110
0.00856
0.04495
-0.02189
-0.01783
0.04844
0.01241
0.00956
0.04505
-0.02170
-0.01765
0.04811
0.01361
0.01048
0.04515
-0.02147
-0.01744
0.04779
0.01470
0.01132
0.04528
-0.02122
-0.01721
0.04748
0.01568
0.01207
-0.02092
-0.01694
0.04718
0.01656
0.01275
0.04557
-0.02058
-0.01663
0.04689
0.01735
0.01336
0.04574
-0.02018
-0.01627
0.04663
0.01805
0.01390
0.04594
-0.01973
-0.01587
0.04639
0.01866
0.01437
0.04616
-0.01922
-0.01542
0.04617
0.01920
0.01480
0.04640
-0.01863
-0.01490
0.04597
0.01967
0.01517
0.04666
-0.01797
-0.01432
0.04579
0.02009
0.01549
0.04694
-0.01722
-0.01368
0.04563
0.02045
0.01578
0.04724
-0.01637
-0.01296
0.04549
0.02076
0.01603
0.04756
-0.01216
0.04536
0.02103
0.01624
0.04789
-0.01437
-0.01128
0.04525
0.02127
0.01643
0.04822
-0.01321
-0.01032
0.02147
0.01660
0.04856
-0.01193
-0.00928
0.04507
0.02165
0.01674
0.04888
-0.01054
-0.00817
0.04500
0.02180
0.01686
0.04917
-0.00905
-0.00698
0.04493
0.02194
0.01696
0.04944
-0.00746
-0.00574
0.02206
0.01704
0.04966
-0.00579
-0.00444
0.02217
0.01707
0.04984
-0.00404
-0.00310
0.04476
0.02227
0.04995
-0.00225
-0.00173
0.04473
0.02235
0.01699
0.05000
-0.00044
-0.00034
在AutoGrid中设置转子的网格,点击右上方的GenerateB2B就可以生成转子区域的网格,然后调节网格的密度和稍部根部的密度分布,一般情况下,稍部和根部的网格比较密集,中间部分的网格比较稀疏。
根据得到的数据,导管内部的半径是0.127m,而桨叶的半径为0.125m,所以,桨叶稍部和导管内壁有一个0.002m的间隙,在DefineShroudGapForalltheBladesoftheRow中进行设置,设置完成后点击show,稍部的间隙就会呈现出来。
(a)导管内壁与转子配合之前
(b)导管内壁与转子相配合后
图2-2桨叶侧面形状
上面生成的网格只是初步网格,要想网格质量达到要求,需要对网格进行调
整,在左边的MeshControl菜单下有B2BMeshTopologyControl选项,打开此选项,勾选Topology,MatchingPeriodicity以及HighStaggeredBladeOptimization三个条件,打开AutomaitcHighStaggeredBladeDetection,在High和Low中互相勾选,然后再次点击GenerateB2B即按照勾选的条件再次生成B2B网格,生成光顺的网格即可,图2-3是取50%部分切面的网格。
接下来生成3D网格,并进行转子网格质量的检验,检验结果如图2-4
WOOOH)-
5000闻
129*12
勿閒测59441⑶
10330^6;
H09683
■M如
DWJ&
UMl01UDU2H1UdDUD4UUD5£
KJD
SkswressAmjleAqoed
Wdniihg!
Spattwh#Angular症旳油伸抽excetMit4U时列!
re*M価now1beMiiacionof4X1.563de^.Inrow_1_fl«
3{_1_Hj:
in_6liail&
_upStreamDeddNonof534)2:
曲小in<
DW^1_fluK_1_Mahn_Blailf!
_uipDeviartloM!
cf42,516ilorj.Inrow_1_?
lwx_1_llaiit_Blauls_dlowH
1.0Z.S3.4吐雇
fjcpaitBlonR^llo
4fkddliilLLLiLr
|DualityField
\HburPbE
Hryg.C^9l5.|NI>
IrvcIe
MimSkrwn^NJIklnx-Asp.
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 船舶 海洋工程 毕业论文 完美