船舶在海上的運(yùn)動(dòng)可以通過(guò)建立橫搖運(yùn)動(dòng)微分方程來(lái)求解,因此需要確定微分方程中的系數(shù)。能否準(zhǔn)確預(yù)報(bào)橫搖阻尼是橫搖運(yùn)動(dòng)特性預(yù)報(bào)的關(guān)鍵和難點(diǎn),以往基于勢(shì)流理論的阻尼預(yù)報(bào)方法只考慮五種橫搖阻尼成分中的興波阻尼,如果不對(duì)勢(shì)流理論加以修正,橫搖阻尼預(yù)報(bào)精度就不具有工程實(shí)用性。本文基于CFD技術(shù)借助商業(yè)CFD求解器對(duì)靜水中強(qiáng)迫橫搖分別進(jìn)行了二維和三維數(shù)值模擬研究,制定了準(zhǔn)確預(yù)報(bào)阻尼系數(shù)的CFD模擬策略。同時(shí),二維模擬中還研究了CFD預(yù)報(bào)橫搖阻尼的不確定度,三維模擬中對(duì)大幅橫搖過(guò)程產(chǎn)生的物理現(xiàn)象及舭龍骨減搖效果展開探討。二維模擬計(jì)算量小,更適合零航速下對(duì)船體剖面橫搖阻尼的快速預(yù)報(bào)及其他問題的研究。在強(qiáng)迫橫搖試驗(yàn)的二維CFD模擬中,作者基于滑移網(wǎng)格技術(shù),詳細(xì)闡述了采用商業(yè)CFD軟件FLUENT,模擬強(qiáng)迫橫搖試驗(yàn)的計(jì)算域、網(wǎng)格、邊界條件、時(shí)間步長(zhǎng)、第一層網(wǎng)格尺寸設(shè)置策略,并將這些因素逐一進(jìn)行了敏感性及收斂性分析。采用能量法獲取阻尼系數(shù),與模型試驗(yàn)結(jié)果比對(duì),二者結(jié)果吻合良好。同時(shí),還研究了CFD預(yù)報(bào)阻尼系數(shù)的不確定度。有航速下,搖蕩阻尼取決于航速的大小,因此,有必要研究強(qiáng)迫橫搖試驗(yàn)的三維CFD模擬策略。在三維模擬策略的研究中,采用商業(yè)CFD軟件STAR-CCM+,同樣是基于滑移網(wǎng)格技術(shù)進(jìn)行了強(qiáng)迫橫搖虛擬試驗(yàn),CFD預(yù)報(bào)結(jié)果與現(xiàn)有的試驗(yàn)結(jié)果對(duì)比,二者結(jié)果吻合較好。此外,還發(fā)現(xiàn)大搖幅時(shí)等效線性阻尼系數(shù)下的阻尼力矩與實(shí)際阻尼力矩有差距。在極端海況下常常出現(xiàn)大幅橫搖運(yùn)動(dòng),大幅橫搖運(yùn)動(dòng)常常導(dǎo)致的舭龍骨出水,通過(guò)采用CFD模擬靜水中大幅橫搖運(yùn)動(dòng),從力學(xué)角度研究舭龍骨出水導(dǎo)致的減搖效果劇減的原因,同時(shí)還展示了舭龍骨出水再入水所發(fā)生的氣泡摻混現(xiàn)象,這與其全浸沒時(shí)的情況是截然不同的。此外,本文還應(yīng)用CFD技術(shù)計(jì)算了帶單側(cè)舭龍骨圓柱體在強(qiáng)迫橫搖過(guò)程中的舭龍骨壓力載荷,發(fā)現(xiàn)舭龍骨壓力載荷與橫搖阻尼有密切聯(lián)系,且研究表明隨著舭龍骨寬度增加,舭龍骨壓力載荷增大,橫搖阻尼系數(shù)上升。舭龍骨的剖面形狀也是影響舭龍骨壓力載荷及橫搖阻尼系數(shù)的重要因素。經(jīng)對(duì)比研究幾種舭龍骨剖面形狀,發(fā)現(xiàn)平板型舭龍骨較楔形及其他復(fù)雜型剖面舭龍骨有更好的減搖效果。
【學(xué)位單位】：哈爾濱工程大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：U661.74
【部分圖文】：

圖 1.1 船舶大幅橫搖運(yùn)動(dòng)側(cè)翻事故（圖片來(lái)自互聯(lián)網(wǎng)）船舶在海上航行遭遇到橫浪或斜浪的擾動(dòng)時(shí)極易產(chǎn)生橫搖運(yùn)動(dòng)，即使遭遇迎浪或者隨浪，外力及其他激勵(lì)因素可能誘導(dǎo)橫搖運(yùn)動(dòng)的產(chǎn)生。橫搖運(yùn)動(dòng)對(duì)于船舶航行尤為危險(xiǎn)它是導(dǎo)致船舶傾覆的最主要原因。山東煙臺(tái)大輪船輪渡有限公司大舜號(hào)滾裝船于 199年 11 月 24 日由煙臺(tái)地方港駛往大連港，因途中遇風(fēng)浪遂返航。調(diào)整航向時(shí)船舶在橫風(fēng)橫浪下行駛，使得船體產(chǎn)生大角度橫搖。船上載有的由于系固松動(dòng)，車輛產(chǎn)生位移、碰

操作簡(jiǎn)便，而且?guī)缀蹩梢詫?dǎo)入所有格式的 CAD/CAE 的幾對(duì)幾何進(jìn)行修改，且?guī)缀蔚木饶軌虻玫奖ＷC，修改后導(dǎo)出分析軟件如 STAR-CCM+。T 軟件是通用 CFD 求解器，具有強(qiáng)大的網(wǎng)格支持能力，對(duì)于結(jié)構(gòu)/非結(jié)構(gòu)）和三角形網(wǎng)格，對(duì)于三維問題可以使用六面體以及楔形單元，支持界面不連續(xù)的網(wǎng)格、混合網(wǎng)格、動(dòng)/變形意的是 FLUENT 所包含的湍流模型和壁面函數(shù)模型最為豐富M+所不具有 RNGk- 湍流模型。為便于用戶進(jìn)行二次開發(fā)，可編寫用戶自定義函數(shù)（UDF）。-CCM+簡(jiǎn)介CM+ 是由 CD-adapco 公司開發(fā)的流體分析軟件。 STAR-有的多面體網(wǎng)格技術(shù)、操作界面非常友好，從幾何建模到分作界面上完成。

圖 2.1(a) 初始網(wǎng)格位置 圖 2.1(b) 相對(duì)滑動(dòng)后網(wǎng)格位置滑移網(wǎng)格中交界面的信息交互方式是交界面兩側(cè)的節(jié)點(diǎn)向?qū)γ嫜由煲欢ň嚯x，延伸網(wǎng)格與交界面相鄰區(qū)域網(wǎng)格相互重疊（如圖 2.2 中所示）傳遞信息。那么，通過(guò)延伸產(chǎn)生的點(diǎn)稱為滑移點(diǎn)，延伸形成的單元叫做滑移單元，滑移點(diǎn)延伸達(dá)到的單元稱為寄主單元。二維情況下，滑移交界面（線）向外延伸成四邊形單元。三維情況下，邊界面上的三角形單元向外延伸成三棱柱，四邊形向外延伸成為六面體。通常根據(jù)外延點(diǎn)所在單元的尺度來(lái)決定向外延伸的距離，使用相鄰單元搜索和非守恒性插值進(jìn)行宿主單元的搜索和插值型函數(shù)的構(gòu)造�；七吔绲臉�(gòu)造、宿主單元搜索以及插值型函數(shù)計(jì)算都要在每個(gè)時(shí)間步重新計(jì)算。邊界上的滑移點(diǎn)和滑移單元都在本區(qū)域網(wǎng)格之外，與相鄰計(jì)算域的網(wǎng)格重疊，從而封閉邊界面上網(wǎng)格點(diǎn)處控制體，實(shí)現(xiàn)滑移交界面上的通量計(jì)算。

【參考文獻(xiàn)】

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1 周耀華;馬寧;石s

本文編號(hào)：2828846