基于面元法的三体船升沉纵摇水动力数值研究

摘要

三体船的主船体为一细长体，左右两侧体一般为对称分布，其作为一种新型船舶，比常规单船舶表现出良好的水动力性能。因此国内外对三体船进行了大量的研究工作。随着势流理论的发展与运用，三体船在波浪上的运动分析研究也变得尤为重要，其中之一即为摇荡运动下水动力系数的数值计算研究。
　　本文采用面元法，并结合基于Rankine源的Green函数求解三体船在微幅摇荡下的水动力系数。首先，建立船舶在无限开阔水域上的定常兴波问题的定解条件;然后在各边界面上划分边界面元，在边界面元奇点上分布源汇，并用Green函数表示出各个场点的势函数;根据各边界条件联立方程组，求解即可得到各奇点的源汇密度，进而求得势函数;最后通过Bernoulli方程和积分公式即可求得船舶的水动力系数。对于辐射问题的求解，常考虑了船舶的非定常运动，即将非定常速度势计入总的速度势。然后再建立在频域下的非定常辐射问题定解条件求解船舶水动力系数。此外，在物面边界条件上计入了定常运动与非定常运动的耦合影响，即边界条件中m项，从而更准确地计算出高速三体船在微幅摇荡运动下的水动力系数。为验证本文计算程序的可靠性和精确性，首先将不同尺度比椭球体在无界流的附加质量的数值计算结果与理论值对比验证;随后又研究一定潜深的椭球体和Wigley数字船型的兴波问题，并与实验数据对比得出程序具有可靠性和一定的精确度。最后计算了单Wigley和三体船微幅摇荡下的部分水动力系数，即升沉、纵摇模态下及耦合模态下的附加质量和阻尼系数值，并将单Wigley的计算值与实验参考数据进行对比。对于三体船升沉纵摇运动分析了不同航速、不同侧体布局对附加质量和阻力系数的影响，并得出本文的最终结论。

目录

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摘要

第一章 绪论

1．1 研究背景与意义

1．2 国内外研究现状与发展趋势

1．2．1 势流理论

1．2．2 三体船

1．3 本文的主要研究

第二章 基本理论与数值计算方法

2．1 引言

2．2 速度势定解条件

2．2．1 物理模型及坐标系建立

2．2．2 基本方程

2．2．3 边界条件

2．3 面元法的运用

2．3．1 面元法概述

2．3．2 格林函数法

2．3．3 直接列式法和间接列式法

2．4 数值计算方法

2．4．1 方程离散

2．4．2 数值积分

2．4．3 对称性的运用

2．5 算例验证

2．6 本章小结

第三章 定常兴波的数值计算研究

3．1 引言

3．2 定常兴波理论

3．2．1 定解问题

3．2．2 兴波阻力计算方法

3．3 数值处理

3．3．1 边界离散网格

3．3．2 辐射条件

3．4 算例分析

3．4．1 椭球体潜深兴波问题

3．4．2 Wigley线性兴波

3．5 本章小结

第四章 三体船升沉纵摇运动水动力的计算

4．1 引言

4．2 有航速下微幅摇荡运动理论

4．2．1 定解问题

4．2．2 水动力系数

4．3 方程组求解

4．4 升沉纵摇水动力系数计算

4．4．1 改进型Wigley

4．4．2 三体船

4．5 本章小结

第五章 总结与展望

5．1 论文总结

5．2 研究展望

参考文献

攻读学位期间公开发表论文

致谢

作者简介