基于CFD的三体船水动力性能计算

摘要

近年来，随着人们对海洋资源开发的日益迫切以及国际间领海争议的日益激烈，人们对海上运输工具——船舶提出了更高的要求。高性能船舶也越来越备受关注。与此同时，由于计算机技术的飞速发展，计算流体力学(Computational Fluid Dynamics，CFD)发展迅速。CFD由于其设计周期短、成本低、精度高等优点，近年来已逐渐成为科研人员设计新船型的主要方法。本文基于CFD分析软件STAR-CCM+对不同构型的三体船进行了静水阻力、静水航态、波浪总阻力、零航速横摇等水动力性能的计算研究。
　　首先，本文对不同构型的三体船进行了0.130＜Fr＜0.805范围内静水阻力和静水航态的数值计算。针对不同构型的三体船，对比分析了其试验数据和数值模拟的结果，并给出了相对误差。当三体船周边出现喷溅现象时，相对误差较大;当三体船的体积傅汝德数Fr▽较高时，其航态与排水航行状态相比发生了明显的变化。当计算工况的体积傅汝德数Fr▽较高时，应该放开三体船相应的自由度。
　　随后，本文对不同构型的三体船进行了遭遇频率4.0rad/s＜ωe＜15.7rad/s范围内波浪总阻力的数值计算。相同航速的情况下，在某个遭遇频率范围内三体船的波浪总阻力相对较大，低于或高于这个频率范围的波浪总阻力大致相等。波浪总阻力成分的分析结果表明:造成不同构型的波浪总阻力曲线差异的主要原因是不同构型三体船间的“压阻力”曲线的变化情况不一致;遭遇频率较大或者较小时，各阻力成分（“摩擦阻力”和“压阻力”）的变化幅值均较小，即各阻力成分的数值相对稳定。
　　最后，本文对不同构型的三体船进行了2.5rad/s＜ωe＜5.6rad/s范围内零航速横摇运动的数值计算研究。数值计算结果表明:当遭遇频率频率较小时，随着遭遇频率的减小，横摇运动响应因子RAO趋于某一个常数。当遭遇频率较大时，随着遭遇频率的增大，横摇运动响应因子RAO先增大后减小;随着遭遇频率的增大，三体船的横摇运动响应因子RAO与三体船的横向受力有相同的趋势，而且其曲线对应的峰值点和拐点相同。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 引言

1．2 本课题研究背景及意义

1．3 国内外研究现状

1．3．1 三体船水动力性能的理论研究

1．3．2 三体船水动力性能的模型试验研究

1．3．3 三体船水动力性能的数值模拟

1．4 本文的主要工作

2 三体船模型试验及CFD基本原理

2．1 三体船模型试验

2．1．1 试验设备及测量仪器

2．1．2 三体船水动力性能试验船型

2．1．3 喷溅现象

2．2 CFD基本原理

2．2．1 控制方程

2．2．2 边界条件

2．2．3 湍流模型

2．2．4 自由液面处理

2．2．5 离散化方法

2．2．6 重叠网格

2．3 本章小结

3 三体船静水水动力性能计算

3．1 三体船静水阻力试验简介

3．2 数值模型

3．3 计算结果分析

3．3．1 静水阻力

3．3．2 静水航态

3．4 本章小结

4 三体船波浪总阻力数值模拟

4．1 三体船规则波试验简介

4．1．1 规则波

4．1．2 遭遇频率

4．1．3 波浪总阻力试验工况

4．2 数值模型

4．3 计算结果分析

4．3．1 波浪总阻力

4．3．2 阻力成分

4．4 本章小结

5 三体船零航速横摇的数值计算

5．1 三体船零航速横摇试验简介

5．1．1 相关参数说明

5．1．2 零航速横摇试验工况

5．2 数值模型

5．3 计算结果分析

5．3．1 横摇运动响应因子

5．3．2 横向受力

5．4 本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表学术论文情况

致谢