浅水中作回转运动船体粘性绕流计算

摘要

在限制水域，如港口，海湾，运河及一些内河航道，海难事故仍然频繁地发生。在这些限制水域中，船舶的操纵运动由于受水深和岸壁的影响与在深水中航行有很大的不同。然而到目前为止，关于浅水中船舶操纵性能研究的文献可以说很少。从数值计算的角度看，模拟船舶的操纵运动还有很多挑战性的问题没有得到解决。这些问题包括附体(如桨、舵)间及其与船体的相互干扰，由于操纵条件差别而产生的不同形态流动，环境因素的影响如风、浪、流的作用，还有浅水效应等等。要想建立一个统一的模型同时将所有这些因素的影响都考虑进去，在现阶段尚无可能。因此，在一个统一而又完整的模型建立起来之前，人们只能采取一步步的方式来简化这个问题，以探究某个单一因素对船舶操纵性的影响。
　　 本文对数值模拟绕在浅水中作定常回转运动船舶的粘性流体流动及水动力计算问题进行了研究。采用RANS方程求解器，对大阪号船模在不同水深条件下作定常回转运动的粘性绕流分别进行了数值模拟，并且求取了作用于船体上的水动力。从对计算结果的分析中可以看出本文计算能够捕捉到船体下蹲、尾倾等船舶在浅水中操纵所特有的现象。本文工作是课题小组应用和验证RANS方程粘性流求解器对于船舶操纵相关问题进行的长期研究工作之一部分。