基于CFD的高速滑行艇水动力性能研究

摘要

随着海洋权益的争夺和滨海资源的开发日益被关注，滑行艇因其良好的机动性能和高速性能得到广泛的应用。滑行艇的水动力性能与安全性紧密相关，但由于滑行艇的特殊性，其水动力性能的研究较常规排水船困难。近年来，随着计算机技术的进步、求解器精度的提高以及网格技术的完善，利用基于CFD理论的数值模拟方法来研究滑行艇的运动已得到越来越广泛的应用。数值模拟技术在研究滑行艇水动力性能方面，已成为具有重要工程意义的解决方案。
　　本论文主要基于CFD理论，对粘性流场中滑行艇的水动力性能进行了初步计算研究。旨在通过对Fluent软件的学习和应用，分析该方法的可行性和精确性。
　　首先，对滑行艇在静水中不同航行姿态的运动进行了数值模拟，计算得到了不同航行姿态下的阻力值，并且与经验公式估算值进行了比较。同时，还给出了阻力值随航速变化的曲线，并对滑行艇艇底的动压力及总压力情况进行了考察，结果基本符合实际情况，验证了该方法的可行性。
　　其次，利用Fluent中的动网格技术，对滑行艇的水动力导数进行了数值计算。计算得到了滑行艇不同漂角斜航、纯横荡和纯艏摇运动时所受到的侧向力及艏摇力矩，并根据理论公式，计算出了相关的水动力导数。
　　最后，根据流体力学中的波浪理论，采用速度边界造波法模拟得到了数值波浪，为数值水池的研究提供了参考。并采用动网格技术，对滑行艇在波浪中的运动作了初步的研究，对结果进行了定性分析。从结果来看，滑行艇在波浪中运动所受到的阻力及升力满足周期性变化，且变化周期与波浪周期基本一致，符合理论分析的结论。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 课题研究背景

1．2 国内外研究现状

1．2．1 国外研究现状

1．2．2 国内研究现状

1．3 本文主要研究内容

第2章 CFD基本思想及方法

2．1 CFD简介

2．2 CFD数值计算理论及方法

2．2．1 控制方程

2．2．2 湍流模型

2．2．3 离散方法及离散格式

2．2．4 SIMPLE算法

2．2．5 自由液面处理方法

2．3 CFD软件介绍

2．4 本章小结

第3章 滑行艇在静水中运动的数值模拟

3．1 滑行艇滑行基本原理

3．2 计算模型

3．3 航行姿态的确定

3．4 数值计算

3．4．1 计算域的选取

3．4．2 网格划分及边界条件的设置

3．4．3 数值计算及结果分析

3．5 本章小结

第4章 滑行艇水动力导数的数值计算

4．1 计算方法

4．2 动网格技术

4．3 UDF方法

4．4 数值计算

4．4．1 斜航运动

4．4．2 纯横荡运动

4．4．3 纯艏摇运动

4．5 本章小结

第5章 滑行艇在规则波浪中运动的数值模拟

5．1 数值造波方法

5．2 波浪理论

5．3 Fluent数值波浪模拟

5．3．1 数值水池模型及网格划分

5．3．2 计算参数及边界条件设置

5．3．3 数值模拟结果

5．4 滑行艇在波浪中运动的数值模拟

5．4．1 计算模型与网格划分

5．4．2 计算参数及边界条件设置

5．4．3 数值模拟结果

5．5 本章小结

结论

参考文献

致谢