单体船和双体船波浪增阻的数值计算分析

摘要

近年来，出于提高经济效益和加强环境保护的双重要求，针对船舶能效和减排的研究已成为备受瞩目的热门课题。与静水中船舶阻力相比，船舶在实际航行时，船体在波浪中所受到的阻力会有所增加，即波浪增阻。波浪增阻会导致额外的燃料消耗和失速现象，对其快速性和耐波性产生了消极影响。因此，对于未来新船型的设计，有必要考虑到船舶在实际波浪中航行的波浪增阻，以满足船舶能效指数EEDI的要求，节约运营成本。对船舶在不同波浪环境中船舶的阻力性能进行优化改进，是提高船舶能效水平和经济效益的重要手段。因此，波浪增阻的预报与分析具有十分重要的意义。
　　本文在前人研究的基础上，使用课题组开发的船舶与海洋工程水动力学求解器 naoe-FOAM-SJTU，分别对单体船和双体船在典型规则波海况下的波浪增阻进行数值计算与分析。需要解决的问题有：规则波中迎浪航行波浪增阻随波浪参数的变化情况，船体运动与船体固定对波浪增阻的影响，不同长宽比的船型对波浪增阻的影响，双体船阻力性能随航速和波浪参数的变化情况，以及不同片体间距对双体船波浪增阻的影响。具体内容如下。
　　为了验证求解器程序的准确性和可靠性，本文首先对KCS标准船型算例静水阻力进行数值模拟计算，并将阻力计算结果和流场信息与试验数据进行对比。在此基础上，以修改过的Wigley船型为对象，验证不同波浪参数对波浪增阻的影响。另外，通过计算固定船体自由度来计算波浪绕射增阻，结果表明短波工况绕射增阻占绝大部分比例，而中长波工况的辐射增阻占主导。通过对比在相似波浪条件迎浪航行工况下，肥大船型与瘦长船型的阻力性能的差异，结果表明肥大船在λ/L=1.1~1.3工况下波浪增阻性能优于瘦长船。接下来，以代尔夫特双体船模型为对象，对航速在0.3≤Fr≤0.75范围内的静水阻力与航行姿态进行了计算与分析。在此基础上，研究双体船在高航速（Fr=0.7）、恶劣波浪条件下的波浪增阻系数与垂荡纵摇运动响应的关系，分析不同波长海况中波浪增阻占静水阻力的百分比。另外，考虑片体间距对波浪增阻的影响，分别比较大间距H=0.9m、小间距H=0.5m与正常间距H=0.7m双体船波浪增阻，结果表明在一定的范围内片体间距越小，片体间干扰作用对阻力性能的不利影响越明显。

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第一章 绪论

1.1研究背景与意义

1.2波浪增阻的定义及影响因素

1.3单体船波浪增阻研究现状

1.4双体船波浪增阻研究现状

1.5本文主要工作

第二章 数值求解器理论基础

2.1引言

2.2数学模型与数值方法

2.3标准KCS船型静水阻力算例验证

2.4本章小结

第三章 单体船波浪增阻的数值计算与分析

3.1引言

3.2考虑垂荡、纵摇运动耦合的波浪增阻计算

3.3固定自由度与放开自由度的船体波浪增阻对比

3.4不同长宽比船型的波浪增阻对比分析

3.5本章小结

第四章 Delft双体船波浪增阻的数值计算与分析

4.1引言

4.2不同航速工况下Delft双体船静水阻力计算

4.3规则波中双体船迎浪航行数值模拟

4.4本章小结

第五章 总结与展望

5.1全文总结

5.2研究展望

参考文献

致谢

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