本文關鍵詞：破浪航行雙體船的水動力性能分析

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【摘要】：船舶耐波性的準確預報是船舶設計的關鍵要素之一。船舶在波浪中航行時,產(chǎn)生的垂蕩和縱搖等運動會造成船舶阻力增加;波浪沖上甲板發(fā)生的強非線性現(xiàn)象使得耐波性問題更加復雜。目前對于船舶耐波性的研究可分為物理模型實驗和數(shù)值模擬兩種方法。物理模型實驗可靠性高,但是成本高、周期長,易受到測量設備的限制。傳統(tǒng)的數(shù)值計算方法大都基于勢流理論,忽略了流體粘性作用,很難考慮非線性影響。相比之下,基于粘性流理論的計算流體力學(Computational Fluid Dynamics,CFD)可充分考慮粘性效應和非線性效應,因此得到了廣泛的關注。本文在系統(tǒng)地回顧和總結(jié)船體運動響應和波浪增阻等水動力學問題的基礎上,展開了如下研究工作:首先,基于CFD軟件FINE/Marine建立了三維數(shù)值波浪水池,通過求解不可壓縮RANS(Reynolds-Average Navier-Stokes)方程和k-ω(SST-Menter)湍流模型模擬船體阻力和粘性流場。先對收斂性進行了系統(tǒng)的驗證,然后對標準Wigley船在靜水中勻速航行問題進行了數(shù)值模擬,將得到的波切圖、波高圖、船體表面壓力分布圖和興波阻力等結(jié)果與模型實驗結(jié)果進行對比,結(jié)果吻合良好,驗證了數(shù)值模型在興波問題上的計算精度。其次,進行了航行船舶輻射問題的數(shù)值模擬,模擬了不同頻率下Wigley船的強制垂蕩和縱搖運動,計算了附加質(zhì)量和輻射阻尼系數(shù),并與實驗值進行對比驗證了輻射問題的精度。再模擬Wigley船在不同波長的規(guī)則波下以固定航姿航行所受到的波浪激振力:垂蕩力、縱蕩力和縱搖力矩,與實驗結(jié)果對比驗證了繞射問題的精度。而后,計算了其分別在線性波浪和非線性波浪中的船體運動和波浪增阻,將線性波浪中的結(jié)果與相應的實驗結(jié)果進行對比,驗證了其模擬自由運動問題的精確性和可靠性;通過對比線性波浪和非線性波浪中計算結(jié)果的差別,來探究非線性效應對波浪增阻的影響。最后,模擬雙體Wigley船在靜水中航行的定常興波問題,計算興波阻力系數(shù)與相應實驗結(jié)果對比,驗證了數(shù)值模型的適用性。然后計算雙體Wigley船分別在線性波浪和非線性波浪中航行的船體運動和波浪增阻,并與單體船展開對比,發(fā)現(xiàn)雙體船的耐波性要優(yōu)于單體船。研究結(jié)果表明,本文的方法能準確模擬破浪航行雙體船的水動力性能,能詳細描述船體周圍的粘性流場,能廣泛應用到更多船型和結(jié)構(gòu)物的水動力性能研究。
【關鍵詞】：水動力性能 CFD 數(shù)值水池 Wigley船 FINE/Marine
【學位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：U661.1;U674.951
【目錄】：

• 摘要4-6
• Abstract6-11
• 第1章 緒論11-17
• 1.1 課題研究的目的和意義11-12
• 1.2 雙體船的水動力研究概況12-14
• 1.2.1 雙體船的發(fā)展現(xiàn)狀12-13
• 1.2.2 雙體船水動力研究13-14
• 1.3 運動響應和波浪增阻研究歷程14-15
• 1.4 船舶CFD技術研究進展15-16
• 1.5 本文主要工作16-17
• 第2章 數(shù)值模擬的基本理論和方法17-34
• 2.1 勢流數(shù)值波浪水池17-21
• 2.1.1 定常問題19-20
• 2.1.2 輻射問題20
• 2.1.3 繞射問題20-21
• 2.2 粘流數(shù)值波浪水池21-33
• 2.2.1 控制方程21-23
• 2.2.2 湍流模型23-26
• 2.2.3 數(shù)值計算過程26-32
• 2.2.4 數(shù)值造波32-33
• 2.3 本章小結(jié)33-34
• 第3章 數(shù)值模型的驗證34-61
• 3.1 Wigley船興波阻力問題34-44
• 3.1.1 收斂性研究35-39
• 3.1.2 船側(cè)波切圖39
• 3.1.3 波形圖39-42
• 3.1.4 壓力分布42-43
• 3.1.5 興波阻力43-44
• 3.2 Wigley船輻射問題44-51
• 3.2.1 Wigley船模型45
• 3.2.2 輻射運動描述45-47
• 3.2.3 收斂性研究47-48
• 3.2.4 附加質(zhì)量和輻射阻尼系數(shù)48-51
• 3.2.5 非定常波形51
• 3.3 Wigley船繞射問題51-54
• 3.3.1 數(shù)值模擬設置51
• 3.3.2 計算結(jié)果和分析51-54
• 3.4 Wigley船在線性波浪中的自由運動和波浪增阻54-57
• 3.4.1 數(shù)值模擬設置54
• 3.4.2 船體運動54-56
• 3.4.3 波浪增阻56-57
• 3.5 Wigley船在非線性波浪中的自由運動和波浪增阻57-60
• 3.5.1 船體運動57-59
• 3.5.2 波浪增阻59
• 3.5.3 波浪增阻對總阻力的影響59-60
• 3.6 本章小結(jié)60-61
• 第4章 雙體船的數(shù)值計算61-75
• 4.1 雙體船的興波阻力問題61-66
• 4.1.1 船側(cè)波切圖61-63
• 4.1.2 波形圖63-64
• 4.1.3 興波阻力64
• 4.1.4 粘性阻力對總阻力的影響64-66
• 4.2 雙體船在線性波浪中的自由運動和波浪增阻66-70
• 4.2.1 船體運動66-68
• 4.2.2 波浪增阻68-69
• 4.2.3 波浪增阻對總阻力的影響69-70
• 4.3 雙體船在非線性波浪中的自由運動和波浪增阻70-73
• 4.3.1 船體運動70
• 4.3.2 波浪增阻70-73
• 4.3.3 波浪增阻對總阻力的影響73
• 4.4 本章小結(jié)73-75
• 結(jié)論75-77
• 參考文獻77-81
• 攻讀碩士學位期間發(fā)表的論文及其它成果81-83
• 致謝83

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本文編號：732919