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臺灣博碩士論文加值系統

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研究生:王劭丞
研究生(外文):Wang, Shao-Cheng
論文名稱:襟翼舵與螺槳推進系統之水動力性能數值分析
論文名稱(外文):Numerical Simulation of Hydrodynamic Performance Analysis of Flap-Rudder and Propeller Propulsion System
指導教授:李賢德李賢德引用關係蔡順峯
指導教授(外文):Li, Hsien-DerTsai, Shun-Feng
口試委員:歐陽寬林瑞國
口試委員(外文):OU, Yang-KuanLin, Rumi-Kuo
口試日期:2014-07-18
學位類別:碩士
校院名稱:國立臺灣海洋大學
系所名稱:輪機工程學系
學門:工程學門
學類:機械工程學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2014
畢業學年度:102
語文別:中文
論文頁數:60
中文關鍵詞:襟翼舵推進係數轉矩係數螺槳效率舵軸扭矩
外文關鍵詞:Flap RudderPromoting factorTorque coefficientPro-peller efficiencyRudder torque
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當前國際原油價格不斷上漲並創下歷史新高,因此各種降低油耗且
提高效能的節能設計為目前各個航商所必須面對正視的重要課題。雖
然船型發展使船體性能得到大幅改善,但節能設計裝置能有其重要位
置。因海洋工程不斷發展進步,海洋工作船及一些近海作業船舶對高
效能低損耗的操縱性能要求日益提高。而其中可靠且高升力的襟翼舵
在近期開始受到了設計人員的重視。

到目前為止國內外對襟翼舵的試驗分析研究甚少,對於完整的試驗
資料和能供設計計算用之系列圖譜極為缺乏。按照經驗公式進行概略
計算或手工量取已知圖譜的數據是設計者在選取舵行水動力系數的常
用方法,但得到的水動力係數的誤差較大,另外襟翼舵的設計過程工
作量大,計算繁複效率相當低,耗時甚長,並不能同時進行多種設計
方案的比較來得到設計最佳化。在計算流體力學迅速發展和計算機性
能飛速提高的大背景下,本文應用計算流體動力學 (Computational fluid
Dynamic,CFD) 的軟體 Ansys Fluent,嘗試對螺旋槳後襟翼舵的船艉流
場進行分析研究,對襟翼舵的水動力性能進行擬真計算,分析襟翼舵
在不同舵角下的水動力性能,得到舵四周速度分布、舵表面壓力分佈
及周圍流線的變化情況,透過分析襟翼舵在流場的受力情況,為襟翼
舵的設計計算取得關鍵參數。

模擬研究結果顯示,襟翼舵舵角不同的情況下,進速係數相同,其
結果顯示推進係數、轉矩係數和螺槳效率並未有明顯的差距,表示螺
槳受到舵大角度擺動的影響並不大。另外襟翼舵在小角度變動時能取
得較小舵軸扭矩且升力較高阻力較小,而當在大角度做動時並未能有
較佳效益。

因本文並非採用實際船舶的襟翼舵來做分析模擬,與實際狀況仍有
差距,若有實際襟翼舵舵圖,可重新做一次模擬分析,相信會有更準
確的計算結果。如果能增加舵與襟翼舵在不同舵角下的模擬數值分析
結果對照,以及襟翼舵更多不同舵角模擬分析數據,應能有更好模擬
分析效益。
Due to the high rising cost of petroleum oil, it is rattling significant to cut fuel expenditure and improve the efficiency of a variety of energy-saving
design in the various transportation companies. Although the development of ship hull performance has created a significant improvement, in the energy saving design, the energy saving design in Flap-Rudder and Propeller Propul-
sion system still play a substantial role. Due to the continuous development and progress in marine engineering, marine vessels and offshore vessels operating on a number of high-performance low-loss operation performance re-
quirements increase. A reliable and high lift Flap-Rudders recently began to receive the attention of designers. To run on a number of high performance,low-loss operated performance in professional engineering.

The analysis of domestic and international flap rudder is very rare. The complete lack of the experimental data can be applied in design with a series of maps calculation. Using manual calculations or rough map of the known
amount of data in accordance with the empirical formula is acommon method for the architect to take the rudder hydrodynamic coefficients in the words. However, in the other flap rudder design process have error and protracted. It cannot be compared with a variety of patterns to get design optimization. In the rapid development of computational fluid dynamics to increase in computer performance in the background, this thesis use Ansys Fluent of computational fluid dynamics (CFD), to analysis the rear propeller stern rudder flap flow field and the hydrodynamic performance of flap rudder, the analysis flap rudder of hydrodynamic performance under different angles of attack, get the velocity distribution around the rudder, rudder changes in surface pressure distribution and flow lines around through the analysis of the flow field flap rudder force.

Simulation results show the same advance coefficient from the flap rudder angle of attack under different conditions. The results show that Promotiving factor, torque coefficient and propeller efficiency does not have a clear gap.It implies that the result of the rudder, propeller big swing angle is not large.When minor changes can be produced in smaller rudder shaft torque and lift small high resistance. It ran out to impress in large angle when there are obvious benefits.

If it can increase the rudder and rudder-flaps numerical simulation results under different angles of attack control, rudder and flaps different angles of attack, it should be able to deliver a better simulation results.


口試委員會審定書致謝
中文摘要
Abstract
目次
圖次
表次
第一章 緒論
1.1 前言
1.2 研究動機及目的
1.3 文獻回顧
1.4 論文內容及架構
第二章 襟翼舵性能與設計
2.1 襟翼舵的簡介
2.2 流體力學的基本概念
2.3 螺旋槳後水動力性能
2.4 襟翼舵的水動力特性
第三章 數值模型與方法
3.1 計算流體力學概述
3.2 基本物理假設
3.3 基本統御方程式
3.4 紊流模型方程式
3.5 數值模擬方法
3.6 邊界條件
3.7 SIMPLE 算法
3.8 模擬方法
第四章 螺槳後襟翼舵水動力性能數值分析
4.1 螺槳及螺槳與舵試驗
4.2 襟翼舵在不同舵角下數值分析
第五章 結論與未來展望
5.1 結果與討論
5.2 建議與展望
參考文獻
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[2] 江帆、黃鵬,Fluent 高級應用與實例分析,清華大學出版社,2008。

[3] 裴為民、楊懷蜀,舵球對螺旋槳敞水效率的影響,交通部上海船舶運輸科學
研究學報,1994。

[4] 張大有、逢吉春、王振府,襟翼舵舵球技術研究,武漢交通科技大學學報,
1997。

[5] Chesnakas Jessup, Experimental characterization of propeller tip flow, Hardcover,1998.

[6] Joshi Rhee, Cfd validationfor a marine propeller using an unstructured mesh based rans method, Proceedings of ASME FEDSM, 2003.

[7] 馬騁、錢正方,螺旋槳 -舵 -舵球推進組合體水動力性能的計算與模擬研究,船舶力學,2005。

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[9] 李宗波、張顯庫,船舶轉向過程中速度下降問題的研究,大連海事大學碩士
論文,2008。
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