气垫双体船减阻节能机理研究

摘要

随着科学的进步，船舶制造业对船舶各项性能的要求也越来越高，快速性已成为现代船舶重要的性能之一，提升快速性的关键就在于减少阻力从而节省推进功率，即本文所指减阻节能。双体船作为一种新型的船舶，在保证其他性能方面大大突破传统单体船对长宽比的限制，减小水面阻力，而这种船型自身浸水表面积以及体积较大的特点限制了它的阻力特性。气垫双体船作为双体船的一种改进船型，针对了双体船的上述不足，融合了气垫船的优点，通过垫升的方法来提升双体船的阻力性能。目前我国对于气垫双体船的研究还尚处起步阶段，相关研究资料有限，本课题从双体船阻力特性出发，进行双体船三维建模，将原双体船改装成气垫双体船型，通过CFD流体力学计算方法对改装前双体船与改装后气垫双体船在不同垫升高度下的阻力性能进行对比。
　　本文的主要工作内容有:
　　(1)根据双体船的具体阻力特性和尺寸要求来设计双体船模型，并通过ITTC公式计算出该模型受到阻力的理论值曲线和推进功率理论值的曲线;
　　(2)将设计的双体船模型进行设置并导入FLUENT软件中进行计算，将计算得到的数值绘制成曲线与理论曲线进行比较，来验证模拟的可行性;
　　(3)对原模型进行改进，将其改装成气垫双体船，选取3组不同垫升高度计算气垫的各参数，再分别导入FLUENT中进行设置和计算，得出阻力曲线和推进功率曲线;
　　(4)将计算后的结果与原双体船模型得到的计算结论进行比对，从而得出具体气垫双体船垫升减阻节能效果预报分析。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 课题研究的背景与意义

1．2 国内外研究现状

1．2．1 双体船发展现状

1．2．2 国外气垫双体船研究现状

1．2．3 国内部分气垫双体船研究现状

1．3 论文主要研究内容

第2章 气垫双体船减阻原理

2．1 双体船阻力特性

2．2 双体船阻力影响因素

2．2．1 临界速度与无干扰傅汝德数

2．2．2 片体间距对阻力的影响

2．2．3 修长系数与长宽比对双体船阻力情况的影响

2．2．4 其他尺寸对双体船阻力情况的影响

2．3 双体船阻力数值计算方法

2．4 气垫双体船阻力特性

2．4．1 气垫垫升功率

2．4．2 气垫双体船阻力特性

2．5 双体船气垫节能减阻优势

2．5．1 传统双体船阻力性能不足之处

2．5．2 侧壁式气垫船阻力性能不足之处

2．5．3 气垫双体船减阻先进性

2．6 本章小结

第3章 船型参数设计及三维建模

3．1 主尺度确定

3．2 船体三维建模

3．3 结构设计以及重量重心计算

3．3．1 结构设计

3．3．2 重量重心计算

3．3．3 总重及总重心高核算

3．4 阻力与推进功率理论计算

3．4．1 浸湿体积，吃水以及湿表面积计算

3．4．2 阻力计算方法

3．4．3 摩擦阻力计算

3．4．4 剩余阻力计算

3．4．5 总阻力计算

3．4．6 推进功率计算

3．5 本章小结

第4章 基于CFD的双体船数值分析

4．1 流场数值计算的方法概述

4．1．1 控制方程的离散

4．1．2 边界条件分类

4．2 CFD计算基本数学模型及方程

4．3 双体船模型CFD计算

4．3．1 流场计算域建模

4．3．2 区域网格划分

4．3．3 流域边界条件设置

4．3．4 残差分析

4．4 双体船模型数值模拟

4．5 计算结果校核

4．6 本章小结

第5章 基于CFD气垫双体船数值计算

5．1 气垫垫升参数计算

5．1．1 片体间空气泄流流速计算

5．1．2 气垫内空气流量计算

5．1．3 静水垫升风机所需功率计算

5．2 气垫双体船CFD模拟

5．3 计算结果分析

5．3．1 船体水下部分周围水域流场速度分布分析

5．3．2 船体水下部分表面压力分布分析

5．3．3 船体周围流场矢量分布分析

5．3．4 阻力升力报告

5．4 减阻节能性能分析预报

5．4．1 阻力曲线比较

5．4．2 升力与升阻比变化曲线比较

5．4．3 推进功率比较

5．4．4 节能性能比较

5．5 结论分析

5．6 本章小结

第6章 结论与展望

6．1 结论

6．2 展望

致谢

参考文献

在学期间发表的学术论文