本文關(guān)鍵詞：基于船—槳—舵全耦合求解的船舶自航性能數(shù)值預(yù)報(bào)方法研究

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【摘要】：船舶在水中航行時(shí)其性能的優(yōu)劣不僅取決于其自身特點(diǎn),還與螺旋槳以及槳后舵密切相關(guān)。螺旋槳作為當(dāng)前船舶最主要的推進(jìn)器為船舶航行提供動(dòng)力,船槳之間是否匹配對(duì)于船舶快速性、經(jīng)濟(jì)性有重要影響;槳后舵對(duì)于船舶運(yùn)動(dòng)穩(wěn)定性以及運(yùn)動(dòng)方向調(diào)整有著至關(guān)重要的作用。在研究船舶性能時(shí)不能僅將目光聚焦在船舶本身,更應(yīng)考慮船舶、螺旋槳以及舵所構(gòu)成的整個(gè)系統(tǒng)產(chǎn)生的影響。因此深入開展船槳舵全耦合下的船舶性能研究對(duì)于當(dāng)代船舶設(shè)計(jì)與優(yōu)化具有重要意義和顯著的工程價(jià)值。本文基于計(jì)算流體力學(xué)軟件Fine/Marine,以KCS船以及其槳KP505和舵為研究對(duì)象,采用實(shí)體建模方法,開展了船體阻力計(jì)算、螺旋槳敞水性能計(jì)算,對(duì)船槳耦合下船舶自航運(yùn)動(dòng)、船槳舵全耦合下船舶自航運(yùn)動(dòng)以及回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)進(jìn)行數(shù)值模擬。船舶自航運(yùn)動(dòng)數(shù)值模擬的關(guān)鍵是如何實(shí)現(xiàn)船槳舵之間的相互耦合,本文基于FINE/Marine軟件隨體網(wǎng)格與滑移網(wǎng)格技術(shù),構(gòu)建了一種新的船槳舵全耦合數(shù)值求解模型和方法,計(jì)算中船舶的運(yùn)動(dòng)并非由給定來流等效替代產(chǎn)生而是直接由船后螺旋槳旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生推力引起,與實(shí)際情況相一致。在此基礎(chǔ)上本文針對(duì)不同螺旋槳轉(zhuǎn)速下的船舶自航運(yùn)動(dòng)進(jìn)行實(shí)時(shí)數(shù)值計(jì)算,模擬了船舶從啟動(dòng)到穩(wěn)定自航的整個(gè)過程,進(jìn)而求得相關(guān)試驗(yàn)航速下的船舶實(shí)效自航點(diǎn)。船舶自航點(diǎn)的CFD預(yù)報(bào)與相關(guān)試驗(yàn)結(jié)果比較說明這種船槳舵全耦合數(shù)值求解模型和方法可以較為準(zhǔn)確地模擬船舶自航運(yùn)動(dòng)。同時(shí)根據(jù)數(shù)值計(jì)算結(jié)果,分析了船舶自航運(yùn)動(dòng)中船-槳之間的相互作用以及船-槳-舵之間的相互作用。船舶回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)研究同樣是基于這種船槳舵全耦合數(shù)值求解模型和方法,通過改變初始舵角,對(duì)船舶轉(zhuǎn)舵后的整個(gè)運(yùn)動(dòng)過程進(jìn)行數(shù)值模擬。文中針對(duì)兩種舵角δr=20°及35°下的船舶回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)開展數(shù)值計(jì)算,得到了不同舵角下的船舶回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)特性參數(shù),完成了船舶回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)軌跡曲線的繪制;通過與嚇夫加特-桑海的經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算結(jié)果相比較具有良好的一致性,驗(yàn)證了本文所建立的船槳舵全耦合數(shù)值求解模型和方法在研究船舶回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)時(shí)的可靠性。本文通過開展船舶自航以及回轉(zhuǎn)性能數(shù)值預(yù)報(bào)研究,建立了船槳舵全耦合數(shù)值求解模型和方法,可用于開展船舶在水中復(fù)雜運(yùn)動(dòng)的數(shù)值預(yù)報(bào)研究,為船舶優(yōu)化設(shè)計(jì)提供可靠的分析方法和研究手段。
【關(guān)鍵詞】：船槳舵全耦合 數(shù)值預(yù)報(bào) 船舶自航 船舶回轉(zhuǎn)
【學(xué)位授予單位】：江蘇科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：U661
【目錄】：

• 摘要5-6
• Abstract6-14
• 第1章 緒論14-24
• 1.1 引言14-15
• 1.2 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀15-21
• 1.2.1 螺旋槳水動(dòng)力性能15
• 1.2.2 船槳舵干擾問題研究進(jìn)展15-19
• 1.2.3 船舶自航運(yùn)動(dòng)研究進(jìn)展19-20
• 1.2.4 船舶回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)研究進(jìn)展20-21
• 1.3 本文主要內(nèi)容21-24
• 第2章 CFD基本理論與數(shù)值方法24-38
• 2.1 引言24
• 2.2 計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)原理24-25
• 2.3 數(shù)值計(jì)算方法25-32
• 2.3.1 基本控制方程25-27
• 2.3.2 湍流模型27-30
• 2.3.3 數(shù)值離散方法30
• 2.3.4 自由液面捕捉法30-32
• 2.4 邊界條件32-33
• 2.4.1 入流邊界條件32
• 2.4.2 出流邊界條件32
• 2.4.3 固體邊界條件32-33
• 2.4.4 自由液面條件33
• 2.4.5 初始條件33
• 2.5 船舶運(yùn)動(dòng)方程33-36
• 2.6 本章小結(jié)36-38
• 第3章 船體及螺旋槳水動(dòng)力性能研究38-54
• 3.1 粘性流場(chǎng)中船體阻力性能研究38-45
• 3.1.1 船體阻力性能38-39
• 3.1.2 計(jì)算模型39-40
• 3.1.3 計(jì)算域及網(wǎng)格劃分40-42
• 3.1.4 數(shù)值求解和邊界條件42-43
• 3.1.5 計(jì)算結(jié)果和分析43-44
• 3.1.6 實(shí)船阻力44-45
• 3.2 螺旋槳敞水性能研究45-52
• 3.2.1 螺旋槳敞水性能45-46
• 3.2.2 計(jì)算模型46-47
• 3.2.3 計(jì)算域及網(wǎng)格劃分47-49
• 3.2.4 計(jì)算工況和邊界條件49-50
• 3.2.5 計(jì)算結(jié)果和分析50-52
• 3.3 本章小結(jié)52-54
• 第4章 船舶自航性能數(shù)值預(yù)報(bào)研究54-90
• 4.1 引言54
• 4.2 計(jì)算原理54-58
• 4.2.1 相似定律54-56
• 4.2.2 實(shí)船自航點(diǎn)的確定56-57
• 4.2.3 實(shí)船推進(jìn)性能預(yù)報(bào)57-58
• 4.3 船槳耦合下船舶自航性能數(shù)值計(jì)算58-69
• 4.3.1 計(jì)算模型58-59
• 4.3.2 計(jì)算域及網(wǎng)格劃分59-61
• 4.3.3 計(jì)算工況及邊界條件61-62
• 4.3.4 計(jì)算結(jié)果和分析62-68
• 4.3.5 實(shí)船功率預(yù)報(bào)68-69
• 4.4 船槳舵全耦合下船舶自航性能數(shù)值計(jì)算69-82
• 4.4.1 計(jì)算模型69-70
• 4.4.2 計(jì)算域及網(wǎng)格劃分70-73
• 4.4.3 計(jì)算工況及邊界條件73-74
• 4.4.4 計(jì)算結(jié)果和分析74-82
• 4.5 考慮升沉和縱搖方向的船槳舵全耦合下船舶自航性能數(shù)值計(jì)算82-88
• 4.5.1 相關(guān)問題及解決方法82
• 4.5.2 計(jì)算設(shè)定82-83
• 4.5.3 計(jì)算結(jié)果和分析83-88
• 4.6 本章小結(jié)88-90
• 第5章 船舶回轉(zhuǎn)性能數(shù)值預(yù)報(bào)研究90-110
• 5.1 引言90
• 5.2 船舶回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)90-94
• 5.2.1 回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)特性參數(shù)90-91
• 5.2.2 船舶定�；剞D(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的一般方程91-92
• 5.2.3 船舶定�；剞D(zhuǎn)直徑92-93
• 5.2.4 船舶回轉(zhuǎn)過程降速93-94
• 5.3 船舶回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)數(shù)值計(jì)算94-109
• 5.3.1 研究對(duì)象和計(jì)算域94-95
• 5.3.2 網(wǎng)格劃分95-96
• 5.3.3 數(shù)值求解和邊界條件96-97
• 5.3.4 計(jì)算結(jié)果和分析97-109
• 5.4 本章小結(jié)109-110
• 總結(jié)與展望110-114
• 參考文獻(xiàn)114-120
• 攻讀學(xué)位期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文120-122
• 致謝122-123
• 詳細(xì)摘要123-128

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