基于復(fù)雜系統(tǒng)建模理論的船用螺旋槳多學(xué)科優(yōu)化設(shè)計(jì).pdf

1、螺旋槳的工作性能對(duì)船舶航運(yùn)業(yè)的發(fā)展起著至關(guān)重要的作用，螺旋槳的研究方法主要分為試驗(yàn)方法和理論方法。與試驗(yàn)研究方法相比，理論研究方法因其周期短、成本低并且能滿足工程精度而成為研究螺旋槳工作性能的重點(diǎn)。隨著計(jì)算機(jī)的快速發(fā)展，研究方法也從理論分析、試驗(yàn)研究擴(kuò)展到了CFD計(jì)算，為更好的設(shè)計(jì)高性能的螺旋槳提供了強(qiáng)有力的工具和方法。
　　螺旋獎(jiǎng)的敞水效率是影響其工作性能的主要因素。本文首先研究了復(fù)雜系統(tǒng)建模及多學(xué)科優(yōu)化理論，建立船-機(jī)-槳之間

2、的匹配關(guān)系優(yōu)化關(guān)系；通過(guò)軟件研究了螺旋槳的三維建模及流域網(wǎng)格的劃分方法；分析了在螺旋槳敞水工作時(shí)的推力、扭矩、敞水效率以及槳葉的壓力分布規(guī)律；最后通過(guò)粒子群算法算法對(duì)螺旋槳參數(shù)進(jìn)行了優(yōu)化，使得螺旋槳敞水效率提高了11.36％，船舶主機(jī)燃油節(jié)約10.22%。概括來(lái)說(shuō)，涉及到的工作內(nèi)容如下：
　　1、研究了復(fù)雜系統(tǒng)建模及多學(xué)科優(yōu)化理論，分析了船-機(jī)-槳之間的運(yùn)動(dòng)關(guān)系，并建立了船-機(jī)-槳匹配優(yōu)化關(guān)系。
　　2、研究了螺旋槳的三維建

3、模方法和網(wǎng)格劃分方法；在Pro/e中用高級(jí)繪圖命令繪制螺旋槳的型值點(diǎn)曲線，然后用邊界混合及混合形成葉片，最后完成螺旋槳的三維建模；在Gambit中采用四面體網(wǎng)格和六面體網(wǎng)格完成計(jì)算域大流域和小流域網(wǎng)格的劃分。
　　3、概括性的介紹了CFD計(jì)算需要考慮的問(wèn)題以及一般的步驟，使用Fluent軟件分析了螺旋槳的敞水效率；研究了螺旋槳在不同進(jìn)速系數(shù)下的推力、扭矩及敞水效率，并將計(jì)算結(jié)果與試驗(yàn)值比較，得出該方法應(yīng)用于工程的可行性。
　

4、　4、研究了不同進(jìn)速系數(shù)下的螺旋槳槳葉的壓力分布規(guī)律；隨著螺旋槳葉背上壓力的增加，高壓區(qū)域從隨邊向?qū)н厰U(kuò)展并且逐漸趨于平均；螺旋槳葉面的高壓區(qū)域出現(xiàn)在導(dǎo)邊部位和隨邊部位，并且壓力逐漸減小。
　　5、分析了影響螺旋槳敞水效率的關(guān)鍵參數(shù)，應(yīng)用粒子群優(yōu)化算法，以Matlab為工具對(duì)螺旋槳敞水效率進(jìn)行了參數(shù)優(yōu)化，且粒子群優(yōu)化算法的最優(yōu)解（效率）與數(shù)值模擬計(jì)算的解相差2.54%，并將優(yōu)化結(jié)果進(jìn)行實(shí)例計(jì)算，使得主機(jī)燃油節(jié)約10.22%，證明了