船舶阻力的研究一直都是學(xué)者們關(guān)注的熱點(diǎn)問題,目前,存在很多CFD商業(yè)軟件可用于研究船舶阻力,如何選擇合適的軟件對船舶阻力進(jìn)行快速高效準(zhǔn)確的預(yù)報(bào)及方案優(yōu)選是不可忽視的問題。本文以一種帶球鼻艏的方尾型船模作為研究對象,利用拖曳水池測量了其在9個航速下的阻力值,同時分別采用ANSYS CFX和SHIPFLOW兩種商業(yè)軟件,對本文船模進(jìn)行相應(yīng)的阻力數(shù)值模擬計(jì)算,并將數(shù)值模擬值與實(shí)測阻力值進(jìn)行對比,從不同方面研究了兩種軟件之間的差異與共同點(diǎn),對比兩者的優(yōu)劣勢。本文回顧了研究船舶阻力的三種基本方法,總結(jié)了國內(nèi)外船舶阻力研究的發(fā)展現(xiàn)狀。對船體阻力的形成原因和種類進(jìn)行了理論研究。介紹了船模實(shí)驗(yàn)的原理,以Vienna Model Basin Ltd.的拖曳水池作為實(shí)驗(yàn)平臺,對船模進(jìn)行敞水實(shí)驗(yàn)、阻力實(shí)驗(yàn)及自航實(shí)驗(yàn)等,并記錄下不同航速下船模的阻力值。選用兩種軟件對船模阻力進(jìn)行數(shù)值模擬,首先通過網(wǎng)格生成軟件POINTWISE對船體的表面網(wǎng)格及長方體流體計(jì)算域進(jìn)行結(jié)構(gòu)網(wǎng)格的劃分,將生成的網(wǎng)格導(dǎo)入ANSYS CFX中進(jìn)行仿真計(jì)算,利用VOF法捕捉自由液面,獲得不同弗勞德數(shù)(即船速)下船模的阻力值。從而對比分析了數(shù)值模擬的阻力值和模型實(shí)測值,同時也得到一系列直觀的流場云圖。其次采用另一種數(shù)值模擬軟件SHIPFLOW對本文船模進(jìn)行阻力計(jì)算,利用勢流和粘流相結(jié)合的ZONAL法計(jì)算阻力,設(shè)置各個命令模塊的命令參數(shù),得到船模的總阻力系數(shù)和摩擦阻力系數(shù)等。經(jīng)1957-ITTC公式計(jì)算,求出船模的摩擦阻力系數(shù)理論估算值,并與SHIPFLOW計(jì)算值進(jìn)行對比分析。同樣,將模擬的總阻力數(shù)據(jù)和實(shí)測阻力數(shù)據(jù)進(jìn)行對比分析。最后,通過總阻力計(jì)算結(jié)果的準(zhǔn)確性、流場細(xì)節(jié)及資源消耗等各個方面對比分析ANSYS CFX和SHIPFLOW兩個軟件在本案例中的異同及優(yōu)缺點(diǎn),對比結(jié)果表明:兩種商業(yè)軟件的CFD計(jì)算值與實(shí)驗(yàn)值總體趨勢一致,均能滿足船舶阻力預(yù)報(bào)的工程應(yīng)用。且在全船速范圍內(nèi),ANSYS CFX和SHIIFLOW的平均誤差依次為:0.9%和7.3%,前者的計(jì)算精度及應(yīng)用領(lǐng)域高于后者,后者的計(jì)算效率及前處理操作優(yōu)于前者,兩者都能較好的捕捉流場細(xì)節(jié)。
【學(xué)位單位】：杭州電子科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：U661.311
【部分圖文】：

檢驗(yàn)新設(shè)計(jì)的船舶是否能達(dá)到預(yù)設(shè)標(biāo)準(zhǔn)的檢驗(yàn)方式[43]。任何實(shí)尺度的船在投入生產(chǎn)或使用前，都需要經(jīng)過船舶模型實(shí)驗(yàn)的驗(yàn)證。所以，船模實(shí)驗(yàn)是探究船舶阻力性能的必要方法。本節(jié)將從實(shí)驗(yàn)對象、實(shí)驗(yàn)平臺及具體的實(shí)驗(yàn)操作來介紹本文的船模實(shí)驗(yàn)。2.2.1 實(shí)驗(yàn)對象選用一種帶球鼻艏的方尾型船模進(jìn)行阻力實(shí)驗(yàn)測定，縮尺比 λ=27.27，該船模為木質(zhì)船模，船型主要參數(shù)如表 2.1 所示。表 2.1 船型參數(shù)表參數(shù) 全尺寸實(shí)船 實(shí)驗(yàn)用船模垂線間長 Lpp/m 187.25 6.87船寬 B/m 36.45 1.34設(shè)計(jì)水線長 Los/m 199.90 7.33吃水量 T/m 9.50 0.35濕面積 S/m2 7 816.00 10.51縮尺比λ 27.27 1.00

2.2.2 實(shí)驗(yàn)平臺簡介船模實(shí)驗(yàn)的平臺是船模實(shí)驗(yàn)水池，目前，絕大多數(shù)實(shí)驗(yàn)水池都是拖車式的拖曳水池，也有一些是重力式的實(shí)驗(yàn)水池。本文采用拖車式拖曳水池進(jìn)行船模實(shí)驗(yàn)。在拖曳水池中可以進(jìn)行各類合適尺寸船模的阻力測試、流場性能實(shí)驗(yàn)、快速性檢測等實(shí)驗(yàn)，之后可以根據(jù)船模表現(xiàn)的特性預(yù)報(bào)實(shí)船的相應(yīng)航行性能[44]。拖車式實(shí)驗(yàn)水池主要有兩個階段，一個是速度加速段，另一個是速度穩(wěn)定段，其阻力測量原理是拖車帶動船模運(yùn)動，當(dāng)船模速度達(dá)到勻速時再測量其阻力（即等速度法）�，F(xiàn)代拖曳水池?fù)碛辛己玫膶?shí)驗(yàn)條件，使用范圍比重力式船模水池廣泛。拖車式水池實(shí)驗(yàn)平臺由水池區(qū)域、船模安裝（包括拖車與導(dǎo)軌）區(qū)域、阻力儀等設(shè)備測量與記錄區(qū)域和動力供給區(qū)域等組成。如圖 2.3 所示，拖車安裝在拖曳水池兩邊的導(dǎo)軌上。拖車有兩個方面的作用：其一是拖車可以牽引船模以特定的速度在某一方向上行駛[45]。另一方面，拖車上可以安裝如阻力儀、測速儀等多種實(shí)驗(yàn)所需的設(shè)備，甚至可以安裝拍照和錄影設(shè)備，用于實(shí)時記錄和捕捉實(shí)驗(yàn)中發(fā)生的現(xiàn)象。

圖 2.4 船模實(shí)驗(yàn)圖2.2.3 實(shí)驗(yàn)描述（1）敞水實(shí)驗(yàn)對于敞水實(shí)驗(yàn)測試，螺旋槳應(yīng)安裝在水平軸上，水平軸位于其下游且約在未受干擾的水面下方一個螺旋槳直徑的位置。該軸是剛性連接到牽引托車架上的，托車架上安裝有測力計(jì)，該軸螺旋槳推進(jìn)器的推進(jìn)速度與牽引架的速度同步，并且由位于測力計(jì)頂部的電動機(jī)控制其旋轉(zhuǎn)速率。實(shí)驗(yàn)以恒定的推進(jìn)器旋轉(zhuǎn)速度進(jìn)行，并覆蓋從零推力到零前進(jìn)速度的范圍。旋轉(zhuǎn)速率通常選擇螺旋槳，測力計(jì)和拖車的容量所允許的最高值，但在任何情況下都不應(yīng)小于推進(jìn)實(shí)驗(yàn)期間的轉(zhuǎn)速。在每次測試運(yùn)行之前，選擇所需的前進(jìn)速度。然后，牽引托車架從靜止加速到這個速度，同時螺旋槳旋轉(zhuǎn)速度被設(shè)定為其預(yù)定值。運(yùn)行條件經(jīng)過一段距離的加速和時間達(dá)到穩(wěn)定，并且在進(jìn)入勻速穩(wěn)定的時間段之后，同時測量螺旋槳推力，扭矩，轉(zhuǎn)速和前進(jìn)速度，從中得到模型螺旋槳在不受限制的均勻流動中的性能特征的數(shù)據(jù)。（2）阻力實(shí)驗(yàn)

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前5條

1 陳悅;張秀萍;楊鈴玉;謝云平;;大排水量長度系數(shù)中高速船阻力計(jì)算方法[J];艦船科學(xué)技術(shù);2013年11期

2 陳偉;許輝;邱遼原;姜治芳;王曉U

本文編號：2826918