基于阻力和EEDI的船型主尺度要素优化研究

摘要

由于经济危机和全球变暖的影响，对于船舶设计制造的要求越来越高，船舶不仅应满足基本的使用要求，具有良好的性能，而且对环保性应给予充分的重视。本文针对此，将一艘多用途船作为研究对象，研究其阻力性能和能效设计指数，接着利用多学科优化设计方法理论对该船的船型要素值寻优，得到优化后的船型要素值，最后通过验证对比，证明优化船的阻力值减小，能效指数降低，达到寻找该船高效节能船型的目的，为绿色船舶设计发展贡献自己的绵薄之力。
　　其中，关于阻力的研究主要应用计算流体力学理论技术，应用Solidworks软件对多用途船进行建模，Gambit软件对模型进行流域划分和网格划分，Fluent软件进行数值模拟，采用RNG k-ε模型，非稳态求解器，自由液面用VOF法处理，采用SIMPLE求解算法，得到船模阻力值，后通过三因次法求得总阻力，并结合模拟出的云图分析阻力，后用艾亚法预报阻力对比，认为得到的阻力值是合理的。
　　能效设计指数的研究主要是根据推荐公式，利用VB软件设计了能效设计指数计算程序，并计算该船的能效设计指数值，通过相应的基准线对比，认为该船的能效设计指数是达标的。
　　阻力性能和能效设计指数的优化主要结合了多学科优化设计理论，将阻力值和能效指数参数化，其中能效指数中的主辅机功率简化为有效功率，利用Isight软件中提供的第二代非支配排序遗传算法进行船型要素的寻优，得到优化后的船型主尺度要素值，最后通过数值模拟和三因次法的计算，证明优化船的阻力性能和能效指数确实比原船更优，达到论文目的，同时为实际工程应用中的船型主尺度要素论证，提供了一些参考价值。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 选题背景和目的

1．2 船舶CFD的阻力研究现状

1．3 船舶能效设计指数发展现状

1．4 多学科设计优化研究现状

1．5 本文的主要工作内容

第2章 基于CFD的阻力研究和数值模拟

2．1 CFD理论基础简介

2．1．1 控制方程

2．1．2 湍流模型

2．1．3 数值求解方法

2．2 数值模拟

2．2．1 模型建立

2．2．2 网格划分

2．2．3 求解计算

2．3 阻力计算

2．3．1 船体阻力分类

2．3．2 船体阻力计算

2．3．3 结果分析

2．4 本章小结

第3章 船舶能效设计指数的研究与计算

3．1 船舶能效设计指数概念

3．2 船舶能效设计指数公式的研究

3．2．1 船舶能效设计指数公式及其含义

3．2．2 船舶能效设计指数基准线要求

3．3 船舶能效设计指数计算

3．3．1 程序展示

3．3．2 计算结果

3．3．3 结果分析

3．4 本章小结

第4章 多学科设计优化研究与应用

4．1 多学科设计优化技术理论

4．1．1 多学科设计优化概念

4．1．2 多学科设计优化的问题描述

4．1．3 多学科设计优化方法

4．1．4 优化算法

4．2 多学科设计优化应用

4．2．1 优化方法选择

4．2．2 阻力学科分析

4．2．3 EEDI学科分析

4．2．4 优化计算

4．2．5 优化结果

4．2．6 结果分析

4．3 本章小结

结论

参考文献

致谢