【摘要】：減搖水艙是目前船舶最常用的減搖裝置之一,目前研究水艙的主要方法是臺架試驗(yàn)和船模模型試驗(yàn)。文章針對某型1 500 t船水艙做了岸上搖擺臺試驗(yàn),以確定減搖水艙的固有周期和規(guī)則波下的抗搖力矩。由于岸上試驗(yàn)耗時(shí)長、代價(jià)高,采用CFD數(shù)值方法對水艙的自由衰減和強(qiáng)迫振蕩進(jìn)行了仿真計(jì)算,通過與試驗(yàn)值對比發(fā)現(xiàn),CFD計(jì)算結(jié)果吻合較好,證明了CFD方法在模擬水艙搖擺臺試驗(yàn)中的可行性。
【圖文】：

Ｔ謁釅?的研究方法當(dāng)中，由于流體運(yùn)動的復(fù)雜性，經(jīng)驗(yàn)公式的計(jì)算往往準(zhǔn)確率很低，目前主要靠臺架試驗(yàn)或者船模試驗(yàn)來研究，試驗(yàn)研究準(zhǔn)確、可靠，但是也有著本身耗時(shí)長、造價(jià)高等局限性[3,4]。隨著計(jì)算流體力學(xué)（CFD）的發(fā)展，CFD方法越來越多地應(yīng)用到工程實(shí)際中，計(jì)算也越來越成熟[5]。本文利用CFD數(shù)值模擬技術(shù)，對減搖水艙的臺架試驗(yàn)進(jìn)行計(jì)算，并將數(shù)值計(jì)算結(jié)果與試驗(yàn)結(jié)果對比。1模型試驗(yàn)本文研究對象為1500t船，船長為88.90m，型寬12.20m，吃水為4.149m，船舶重心為基線以上5.0m。減搖水艙尺寸基本參數(shù)如圖1和表1所示。圖1水艙尺寸示意圖表1水艙參數(shù)參數(shù)數(shù)值參數(shù)數(shù)值水艙總外寬BT/m11.86邊艙高度HT/m4.4邊艙寬度BW/m2.33底通道高度HD/m0.75水艙總長度LT/m5.4水位高度HW/m2.3水艙總內(nèi)寬BD/m7.2艙底距基高度BH/m1.9收稿日期：2016-03-22；修回日期：2016-04-20作者簡介：吳建林（1989—），男，碩士研究生。主要從事船舶水動力研究和減搖工作。BTB.LHBTHWHDH

吳建林等，U型減搖水艙模型試驗(yàn)與數(shù)值仿真—43—減搖水艙模型縮尺比為1∶20，采用透明有機(jī)玻璃制作以便清晰觀察艙內(nèi)液體的運(yùn)動狀況，艙體殼板以及艙內(nèi)結(jié)構(gòu)完全按照實(shí)際尺寸的縮尺比制作。制作完成的減搖水艙模型如圖2所示。圖2試驗(yàn)水艙模型減搖水艙岸上試驗(yàn)包括自由衰減和搖擺臺強(qiáng)迫振蕩試驗(yàn)。其中自由衰減試驗(yàn)用以確定最佳的注水高度，保證水艙自然周期與船舶橫搖自然周期接近，試驗(yàn)時(shí)首先對艙內(nèi)自由液面施加初始擾動，通過安裝在艙內(nèi)的水位計(jì)測量并記錄自由液面的運(yùn)動衰減曲線，獲得不同狀態(tài)下的減搖水艙自然周期。搖擺臺試驗(yàn)是將減搖水艙固定安裝在搖擺臺上，通過電機(jī)控制完成規(guī)定周期和規(guī)定幅度的簡諧搖擺運(yùn)動，水艙搖擺中心為船舶重心，測量獲得減搖水艙對轉(zhuǎn)動軸產(chǎn)生的橫搖力矩和相位，試驗(yàn)?zāi)Ｐ筒贾萌鐖D3所示。圖3搖擺臺試驗(yàn)2CFD數(shù)值仿真2.1控制方程和湍流模型水艙中水的運(yùn)動可以用Navier-Stokes方程來描述，其中水可以認(rèn)為是不可壓縮的粘性流體，其連續(xù)性方程及動量守恒方程表達(dá)式為：0(,1,2,3)iiux=ij=（1）23(,1,2,3)iijijijiijiiiuupuFtxxxuuuxxxxijρρμμ+=++=（2）式中，t為時(shí)間；xi與xj是在i、j方向的坐標(biāo)值；ρ是密度；μ為流體粘性系數(shù)；p是平均壓力；Fi為外力項(xiàng)；ui為平均速度u在i方向的速度分量。本文采用基于RANS（ReynoldsAverageNavier-Strokes）方程求解粘性流的數(shù)值方法，對水艙運(yùn)動的粘性流場進(jìn)行數(shù)值模擬，湍流模型采用k-ε的兩方程模型[6,7]。水艙自由液面的追蹤采用VOF模型，該方法能有效地處理復(fù)雜幾何體和碎波的影響，在求解多相流的計(jì)算中應(yīng)用廣泛。根據(jù)水艙運(yùn)動的特點(diǎn)，在計(jì)算時(shí)，，微分方程的離散使用

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本文編號：2574436