前置预旋定子强度分析方法研究

前置预旋定子是一种水动力性能良好的节能装置,目前没有一种明确的结构强度分析方法。本文以1艘4万吨散货船前置预旋定子为研究对象,针对前置预旋定子航行状态分析,确定了前置预旋定子载荷计算方法。并在此基础上对所设计的定子结构进行振动和强度校核。本文所提出的定子结构强度分析方法还可以应用于同类节能装置的强度校核。     

前置预旋导管内定子周向布置形式的数值研究

采用数值模拟的方法对前置预旋导管内定子的周向布置形式进行了研究分析.通过计算单个定子不同来流攻角,两个定子不同夹角及考虑螺旋桨抽吸作用下的多种工况,得到了导管内单个定子的周向影响范围,并分析了来流攻角对定子切向预旋作用的影响;给出了导管内布置两个定子时的最佳几何夹角.此外,还分析了螺旋桨的抽吸作用对定子预旋效果的影响.     

不同预报方法对前置预旋类型装置节能效果的影响

对于预旋类型的桨前节能装置,在对各水池试验数据分析时会采用不同的换算方法。以实际建造项目38 000 t散货船为研究样本,讨论二因次法、三因次法、各种伴流修正方法以及节能装置自身引起的阻力变化对节能效果评估的影响。二因次和三因次阻力分析方法对节能效果有少许影响,但三因次法预报的节能效果较好。在伴流修正方法中,ITTC1999方法和E_i法预报的效果接近,都比ITTC1978方法预报的节能效果好。在基于ITTC1999或E_i法修正伴流时,无论是使用二因次法还是三因次法,因节能装置自身导致的阻力增量对节能效果的影响微弱。但在用ITTC1978方法修正伴流时,若计及节能装置导致的阻力增量,预报的航速会降低,从而节能效果变差。     

关于节能推进装置－－前置定子的研究

本文叙述了在船用螺旋桨前方安装一组固定叶片（即前置定子）推进装置的节能原理和设计计算方法，并根据该原理和方法设计，加工了此种组合推进装置的若干模型，进行了模型的空泡筒试验和船模自航试验，且在实船上进行了安装测试，经过多次试验分析的结果表明，该推进装置具有明显的节能效果和实用推广的实际意义。     

前置定子导管桨空化特性数值分析

本文采用SST k-ω湍流模型和Z-G-B空化模型研究前置定子导管桨的空化特性。通过对比DTMB4381螺旋桨的空化数值计算结果与实验,验证数值计算的准确性和可靠性,分析前置定子导管桨不同空化数下空化特性。结果表明,空化数大于3时水动力性能基本不变。随着空化数的继续减小,前置定子导管桨的水动力性能明显下降。空化数为4时最先在叶顶间隙靠近尾缘端出现空化,这是叶顶泄漏涡导致的空化。空化数为3.5时在叶片吸力面出现空化,随着空化减小由转子叶顶尾缘向导边和叶根扩大。     

带前置定子导管桨非定常力特性计算分析

本文采用数值求解RANS方程的方法对带前置定子导管桨进行了数值模拟,计算了非均匀来流下带前置定子导管桨的非定常力,研究了来流周期数和转定子叶数对带前置定子导管桨转子非定常力的影响规律.结果表明:转子的非定常力主要由转子的进流决定;转子的进流同时受到非均匀来流和定子叶片数的影响;高周期数的非均匀来流诱导的非定常侧向力幅度要小于相同脉动幅度的低周期数的非均匀来流诱导的非定常侧向力幅度;转定子叶数要适配以减小转子的非定常力.本文的研究结果可为低激振导管桨设计及其非定常力特性分析提供基础.     

带前置预旋导轮的螺旋桨空泡脉动压力数值模拟研究

本文基于非定常粘性RANS方法结合Schnerr-Sauer空泡模型,建立了船后螺旋桨空泡脉动压力数值预报方法,并开展了数值方法的不确定度分析;然后采用ITTC'78自航预报规程结合CFD方法预报了带前置预旋导轮的节能效果,开展了安装节能导轮后的螺旋桨空泡脉动压力预报研究;对比分析了有无节能装置时的螺旋桨叶表面空泡形态及1阶和2阶船体脉动压力.研究表明,在本实例中安装节能装置后的1阶和2阶脉动压力分别下降了33％和20％,而桨叶表面空泡面积也有所下降.     

张立腿平台浮箱框架结构强度分析方法研究

浮箱是张力腿平台主体结构的组成部分之一,它承受着由平台甲板和立柱传递来的总体载荷以及局部静水载荷。不同的浮箱结构型式会对荷载路径和受力大小产生影响,不同的设计需求会带来不同的结构型式设计。本文介绍TLP平台浮箱框架的典型结构型式以及基于有限元的强度分析方法,并通过浮箱横向框架有支柱和无支柱2种不同型式的浮箱框架结构案例分析予以阐述。     

张立腿平台浮箱框架结构强度分析方法研究

浮箱是张力腿平台主体结构的组成部分之一,它承受着由平台甲板和立柱传递来的总体载荷以及局部静水载荷。不同的浮箱结构型式会对荷载路径和受力大小产生影响,不同的设计需求会带来不同的结构型式设计。本文介绍 TLP平台浮箱框架的典型结构型式以及基于有限元的强度分析方法,并通过浮箱横向框架有支柱和无支柱2种不同型式的浮箱框架结构案例分析予以阐述。     

集装箱船整船结构三维有限元强度分析方法研究

以3800TEU集装箱为例,用二维切片理论进行了波浪长期预报,并在此基础上导出等效波组,在整船结构有限元模型上计算船体结构在各等效波上的变形和应力分布。文中叙述的整船结构有限元分析方法,也可以用于其他类型船的整船结构分析。     

船舶附加水动力组合节能技术研究进展

基于CFD通用软件FLUENT,对模型尺度下配置了舵球鳍和预旋定子的某55k DWT化学品船的自航性能进行数值模拟。通过推进效率的提高对定子的节能效果进行评估,并且几乎所有的自航因子在加定子后的变化趋势（如：转速降低、推力减额和伴流分数增大）计算结果都与试验结果一致。尾流能量分析进一步验证了定子的节能效果：可有效减少尾流中的动能。之后进行基于CFD的预旋定子优化,对原型之外的3个改型设计进行的数值模拟结果显示：这些改型定子的节能效果依次递增;推进效率最高的改型相对于无定子情形,其在桨前的动能增加最大,在桨后的动能减少也最大。     

网格变形控制技术在带前置定子导管桨水动力优化设计中的应用

应用网格变形控制技术,对带前置定子导管桨进行了转动叶片水动力外形的优化设计研究,优化方案的敞水效率较原始方案提高了2％,并能显著减弱叶梢流动的分离现象.优化结果表明,基于网格变形控制技术的网格重构方法能在保证网格相似性的条件下,解决多方案网格自动生成的难题,便于进行组合式推进器的水动力性能优化设计.     

半开式径向叶轮上游预旋流动研究

叶轮进口上游的预旋流动是影响流体机械水力及空化性能的重要因素,主要采用粒子成像测速（PIV）技术对半开式径向叶轮上游的预旋流动进行试验研究。通过对比不同转速和流量工况下的PIV试验结果,发现在叶轮上游吸入管内均存在与叶轮旋转方向一致的预旋流动,且偏离设计工况越远、距离叶轮越近、其预旋速度相应也越大。同时,叶轮旋转的影响还可通过流道向上游传播,继而在吸入管内诱导产生涡量场。因此,有必要基于RANS方程组及RNG k-ε湍流模型进行叶轮全流道三维湍流流场的数值模拟。结合试验和数值模拟的结果,可发现吸入管内部预旋流动主要为沿旋转方向的周向流动,而沿半径方向的径向流动很小,且径向速度在数值上要比周向速度小一个量级。     

预弯复合梁刚度和强度的试验研究

本文根据跨度为12m的预弯复合梁足尺试验结果,观察梁在重复荷载作用下裂缝发生、发展及闭合的规律,测定梁的挠度和截面的应变与作用荷载的关系,得出了预弯复合梁开裂后刚度随作用荷载的衰减规律、截面几何形心随作用荷载的移动规律,从而得出预弯复合梁开裂后刚度及强度的实用计算式。本实用计算式与国外现行规范相比,物理概念明确,计算结果更接近梁的实际工作状态。     

有限元分析灯泡贯流式发电机贴壁式定子间隙

随着当代科学技术的快速发展,使用工程计算软件对工程设计的可靠性进行校核已经成为一种十分有效的方式和手段.本文基于现代有限元分析专业软件ANSYS,对灯泡贯流式发电机机组贴壁式定子间隙进行研究,在结构及热两个领域对定子机座和定子铁芯进行耦合分析研究以确定间隙设计的可靠性,分析结果表明此种灯泡贯流式发电机贴壁式定子间隙设计合理.     

带前置定子的导管桨片空泡数值预报及梢涡空泡起始判别研究

对水下航行体后带前置定子的导管桨片空泡和梢涡空泡起始进行研究。首先,采用基于混合网格的RANS求解器结合Singal空泡模型,数值模拟带前置定子导管桨片空泡形态,并与试验结果进行对比,预报的片空泡形态与试验结果吻合良好,表明用该方法预报水下航行体后带前置定子导管桨片空泡可行;其次,对水下航行体后带前置定子的导管桨多个方案全湿流动进行了数值模拟,通过梢部端面的最小压力值判断空泡起始,与试验结果进行比对,其吻合良好,表明可用该方法判别梢涡空泡起始。