规则波中箱型驳船顶浪航行波浪力特征的研究

摘要

随着我国海上运输事业的发展，驳船运输以其良好的经济效益承担完成了相关海上货物运输工作，占据了航运业一席之地。驳船的操纵特性也越来越受到大家的关注，与之相关的研究也日益开展起来，其中准确的预报驳船的波浪力对驳船的操纵性研究有着重要的意义。
　　近年来高性能计算平台的计算能力得到很大的提升，不断满足针对船舶的计算流体力学(CFD)计算要求。运用CFD技术，建立数值波浪水池进行驳船波浪力的模拟计算，与传统的水池实验相比有着成本低、周期短、避免尺度效应的优势。CFD技术在船舶波浪力的研究中应用较为广泛。
　　本文以驳船系列中具有代表性的箱型驳船为研究对象，利用CFD软件Fluent建立了数值水池，运用动网格技术模拟了箱型驳船的迎浪航行。首先，建立数值水池实现了箱型驳船船模的水池实验，并将数值模拟结果与船模水池实验进行对比，从而确定了数值模拟的可靠性。之后，建立实际尺寸箱型驳船模型，进行不同波浪条件下驳船迎浪航行的数值模拟计算。最后，提取数值模拟的相关数据，对数据进行处理，最终得出箱型驳船在不同波浪条件下的波浪力特点以及流场特征。本文的数值模拟中控制方程的离散采用有限体积法格式为二阶迎风格式，湍流模型为RNG k-ε湍流模型，速度压力耦合采用SIMPLE算法。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 研究背景及意义

1．2 国内外研究现状

1．3 本文主要工作

第2章 数值模拟基本理论和方法

2．1 数值模拟

2．1．1 数值模拟流程

2．1．2 FLUENT简介

2．2 粘性流体运动控制方程

2．2．1 质量守恒定律

2．2．2 动量守恒定律

2．2．3 控制方程

2．3 湍流模型

2．3．1 k-ε湍流模型

2．3．2 RNG k-ε湍流模型

2．3．3 k-ω湍流模型

2．3．4 SST k-ω湍流模型

2．4 多相流模型

2．5 规则波模型

2．6 数值方法

2．6．1 离散方法

2．6．2 离散方程的计算格式

2．6．3 求解算法

2．7 本章小结

第3章 箱型驳船模型数值模拟

3．1 箱型驳船模型三维建模

3．2 网格划分

3．2．1 ICEM CFD网格划分步骤

3．2．2 计算域的网格

3．3 箱型驳船模型静水直航数值模拟

3．4 结果及分析

3．5 本章小结

第4章 实尺度箱型驳船数值模拟

4．1 箱型驳船静水中直航数值模拟

4．1．1 计算模型及计算域设定

4．1．2 边界条件及数值方法设置

4．1．3 结果及分析

4．2 箱型驳船顶浪航行数值模拟

4．2．1 计算域及网格划分

4．2．2 边界条件及数值方法设置

4．2．3 结果对比和分析

4．3 本章小结

第5章 驳船顶浪航行数值模拟

5．1 实尺度驳船数值模拟

5．1．1 船舶建模和计算域设置

5．1．2 网格划分

5．1．3 试验设计及求解设置

5．2 结果及分析

5．2．1 波向角对波浪力系数的影响

5．2．2 波向角对波浪力系数的回归方程

5．3．3 船体形状对波浪力系数的影响

5．3 本章小结

第6章 结论与展望

6．1 结论

6．2 展望

参考文献

攻读学位期间公开发表论文

致谢

作者简介