本文關(guān)鍵詞：基于CFD的規(guī)則波中船舶波浪力模型研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：隨著現(xiàn)代船舶大型化、快速化以及船型多樣化的發(fā)展,船舶操縱性往往很難得到準(zhǔn)確預(yù)測,加之船舶通航密度的增大以及風(fēng)、流、波浪等環(huán)境干擾因素的影響,船舶事故頻繁發(fā)生。以船舶運(yùn)動數(shù)學(xué)模型為核心的船舶操縱性仿真技術(shù),成為船舶操縱性預(yù)報(bào)的一個重要手段。其中波浪力模型的計(jì)算精度將直接影響船舶在波浪中操縱性預(yù)報(bào)的準(zhǔn)確性。 近年來,計(jì)算機(jī)的計(jì)算能力得到極大提升,船舶CFD的計(jì)算能力也隨之增強(qiáng),算法不斷更新,精度也逐漸提高。采用CFD技術(shù)模擬船舶波浪水池試驗(yàn),較傳統(tǒng)的波浪水池試驗(yàn)有成本低、周期短以及免于尺度效應(yīng)影響等優(yōu)勢,對船舶的操縱性預(yù)報(bào)具有極大的意義和價值。 本文以大連海事大學(xué)教學(xué)實(shí)習(xí)船“育鯤”輪為研究對象。首先根據(jù)“育鯤”輪船體型線圖利用CAD軟件進(jìn)行船體實(shí)尺寸三維建模。然后針對模型建立數(shù)值波浪水池幾何模型,并對計(jì)算域進(jìn)行六面體網(wǎng)格劃分。根據(jù)數(shù)值模擬試驗(yàn)條件,選擇數(shù)學(xué)模型,定義邊界條件,利用FLUENT商業(yè)軟件進(jìn)行迭代計(jì)算。本文采用VOF多相流模型、RNG k-ε湍流模型和高階Stokes波浪模型,船體表面為無滑移條件,采用標(biāo)準(zhǔn)壁面函數(shù)求解近壁面流動,通過SIMPLE算法得到壓力速度耦合方程組,利用二階迎風(fēng)格式對對流項(xiàng)控制方程進(jìn)行離散。對“育鯤”輪進(jìn)行阻力數(shù)值模擬試驗(yàn)。將數(shù)值模擬結(jié)果進(jìn)行回歸得到“育鯤”輪阻力系數(shù)曲線。將該曲線加入MMG船舶運(yùn)動數(shù)學(xué)模型,利用MATLAB軟件進(jìn)行旋回操縱仿真。結(jié)果與實(shí)船試驗(yàn)數(shù)據(jù)比對,證明了采用CFD數(shù)值模擬的方法研究船舶水動力系數(shù)是可行的且結(jié)果準(zhǔn)確性較高。接著對船舶進(jìn)行縱浪試驗(yàn)和橫浪試驗(yàn)數(shù)值模擬,得出船舶在近岸波浪參數(shù)下的波浪力。對兩組數(shù)值模擬試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行擬合,得到“育鯤”輪在近岸規(guī)則波中頂浪和橫浪航行時波浪力計(jì)算的回歸公式。經(jīng)驗(yàn)證,本文所得波浪力模型計(jì)算結(jié)果符合工程要求。
【關(guān)鍵詞】：數(shù)值波浪水池 波浪力模型 規(guī)則波 計(jì)算流體力學(xué)
【學(xué)位授予單位】：大連海事大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類號】：U661.3
【目錄】：

• 創(chuàng)新點(diǎn)摘要5-6
• 摘要6-7
• ABSTRACT7-11
• 第1章 緒論11-17
• 1.1 選題背景11-13
• 1.2 理論意義和應(yīng)用價值13-14
• 1.3 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢14-15
• 1.4 主要研究內(nèi)容15-17
• 第2章 數(shù)值模擬基本理論和方法17-28
• 2.1 計(jì)算流體力學(xué)17-21
• 2.1.1 計(jì)算流體力學(xué)簡介17-18
• 2.1.2 計(jì)算流體力學(xué)的求解過程18-20
• 2.1.3 FLUENT簡介20-21
• 2.2 數(shù)學(xué)模型21-25
• 2.2.1 流體動力學(xué)控制方程21-22
• 2.2.2 湍流模型22-24
• 2.2.3 多相流模型24
• 2.2.4 規(guī)則波模型24-25
• 2.3 數(shù)值方法25-27
• 2.3.1 有限體積法25-26
• 2.3.2 SIMPLE算法26-27
• 2.4 本章小結(jié)27-28
• 第3章 數(shù)值波浪水池的建立28-37
• 3.1 船體三維建模28-32
• 3.1.1 船舶資料28-29
• 3.1.2 船體建模過程29-30
• 3.1.3 “育鯤”輪船體幾何30
• 3.1.4 計(jì)算域及邊界的定義30-32
• 3.2 網(wǎng)格劃分32-34
• 3.2.1 三維結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格劃分過程32-33
• 3.2.2 數(shù)值波浪水池網(wǎng)格劃分33-34
• 3.3 波浪技術(shù)34-36
• 3.3.1 自由液面追蹤34
• 3.3.2 造波技術(shù)34-35
• 3.3.3 消波技術(shù)35-36
• 3.4 本章小結(jié)36-37
• 第4章 “育鯤”輪波浪力數(shù)值模擬37-55
• 4.1 數(shù)值模擬準(zhǔn)確性驗(yàn)證37-43
• 4.1.1 仿真試驗(yàn)條件37
• 4.1.2 模型選取及參數(shù)設(shè)置37-39
• 4.1.3 阻力系數(shù)曲線39-41
• 4.1.4 準(zhǔn)確性驗(yàn)證41-43
• 4.2 縱波試驗(yàn)數(shù)值模擬43-48
• 4.2.1 試驗(yàn)方案44
• 4.2.2 模型選取及參數(shù)設(shè)置44-45
• 4.2.3 結(jié)果及分析45-48
• 4.3 橫波試驗(yàn)數(shù)值模擬48-54
• 4.3.1 實(shí)驗(yàn)方案49
• 4.3.2 模型選取及參數(shù)設(shè)置49-50
• 4.3.3 結(jié)果及分析50-54
• 4.4 本章小結(jié)54-55
• 第5章 波浪力回歸公式的建立55-63
• 5.1 曲線擬合方法55-58
• 5.1.1 縱波波浪力55-57
• 5.1.2 橫波波浪力57-58
• 5.2 參數(shù)確定58-59
• 5.3 模型驗(yàn)證59-62
• 5.4 本章小結(jié)62-63
• 結(jié)論63-64
• 參考文獻(xiàn)64-68
• 攻讀學(xué)位期間公開發(fā)表論文68-69
• 致謝69

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：328312