基于CFD的浅水双尾船尾型优化研究

摘要

黑龙江水域覆盖面积广，对北方经济发展具有至关重要的作用，需要对其进行管理和维护，保证航道畅通。作为黑龙江的重要船型之一，航标船承载着维护界河航道、保证航运安全等重要任务。为保障黑龙江航道安全及畅通，需要建造一批性能优良的航标船。但是黑龙江相对于长江等内河流域，具有航深浅、航速小、浅滩多等特点，迫切需要对浅吃水、效率高的节能船型的研发。同时又与时代发展同步，现今出现能源紧缺、燃油价格上涨等现象，各国学者和船东越来越重视节能船型的研究和开发。
　　经过几十年的发展，现有航标船形成了双尾船型、隧道型等主要船型。本船经前人验证：双尾船型比隧道船型节能效果更好；同时经过长期的实船和船模试验也都证明：双尾船型具有推进效率高、节能效果好的优点。综合考虑对本船的航行条件和使用要求，采用节能效果好的双尾船尾型，并对尾型进行优化。
　　国内外学者对双尾船尾型参数做过很多研究，但是目前对于浅水区域的双尾船，缺少尾型参数的详细研究资料。因此本文主要针对黑龙江航道浅吃水的特点，从理论和实际出发，利用数值模拟方法，研究双尾船受浅水影响程度，以及在浅水中尾型参数随航速和航道水深的变化趋势，推断双尾船的优化船型。
　　首先，根据设计要求，对黑龙江双尾航标船进行方案论证。利用 Maxsurf软件，针对双尾船特点，对原双尾船进行型线变换和船体建模。其次，根据船模阻力试验及数值模拟的计算结果对比，论证 Fluent软件在计算双尾船阻力方面的可靠性。再次，利用Fluent软件，在不同航速、不同航深工况下，模拟了双尾船在浅水中的运动情况，分析了浅水效应对双尾船的影响。控制双尾船尾部形状的参数有很多，本文选取影响最大的两个参数进行分析，即尾轴间距和中纵剖线切点位置。接下来，利用Fluent软件，分别对具有不同尾轴间距和中纵剖线切点位置的双尾船进行数值模拟，计算其在不同航速、不同水深工况条件下船模阻力。最后，通过其阻力变化趋势及流场分布情况的相关图像、数据对比，分析每种参数随航深和航速的变化趋势，以及两种参数间的相互干扰程度，推断其中的最优船型，为日后内河双尾船的设计和研究提供必要的依据。

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第1章 绪论

1.1 引言

1.2 双尾船发展现状

1.3 浅水效应研究发展现状

1.4 CFD技术的发展和应用

1.5 论文主要工作内容

第2章 双尾船型线优化设计及几何建模

2.1 船型设计方案

2.2 型线设计方法

2.3 双尾船型线优化方法

2.4 双尾船几何建模

2.6 本章小结

第3章 基于FLUENT的双尾船可行性验证

3.1 双尾船数值计算方法

3.2 双尾船数值模拟求解

3.3 双尾船模型试验

3.4 本章小结

第4章 浅水对双尾船的影响

4.1 浅水效应

4.2 浅水对尾轴间距选取的影响

4.3 浅水对中纵剖面选取的影响

4.4 本章小结

第5章 尾型参数对双尾船的影响

5.1 尾型参数对双尾船总阻力的影响

5.2 尾型参数对粘性阻力的影响

5.3 尾型参数对兴波阻力的影响

5.4双尾船尾型参数最优组合选取

5.5 本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果

致谢