大型金枪鱼围网渔船靠岸粘性流场及水动力数值研究

摘要

近年来随着近海渔业资源的枯竭远洋渔船的兴起，渔船的尺寸不断加大。渔船大型化的发展使渔业的经济效益与环境效益大幅提升的同时，也为船舶在港内的操纵提供了一些难度。随着船舶尺寸的增大，港内渔船数量的增加，船舶靠岸操作中稍有不慎就容易造成船与船或船与码头之间的碰撞，大型船舶碰撞造成的经济损失与危险程度远大于小型船舶，因此大型船舶靠泊运动通常是在拖轮等的辅助下进行横向停靠操纵。然而船舶横向停靠运动与直航不同，该过程通常是个变速过程且船体周围流场极为复杂操纵过程较为困难，操纵不当仍会对船体和码头造成损伤，因而为了保证大型渔船靠泊的安全性，对船舶横向停靠运动的水动力预报与流场分析非常重要，可以为船舶靠泊操纵提供参考，提高船舶靠泊效率并减小码头与船舶的碰撞风险。　　本文首先介绍CFD技术在船舶操纵性研究中的应用以及船舶横向停靠问题的国内外研究现状，然后对本文所用的相关理论进行简单地概述。其次，使用商业CFD软件对无横摇和升沉运动的船舶横向停靠问题进行进行了数值模拟，模拟中采用重叠网格技术模拟船舶相对于港口的运动，使用VOF方法来捕获自由液面，将数值计算得到的横向力与Toda学者的文献中所提供的试验数据进行对比，验证数值方法的可行性。然后放开船舶横摇与升沉的自由度，继续使用Wigley船型作为研究对象，研究推力位置、港域水深和岸壁位置对横向靠岸船舶的受力和运动的影响并分析船舶周围的流场特征。最后以大型金枪鱼围网渔船作为研究对象，对不同水深下金枪鱼船的横向靠岸问题进行数值模拟，研究水深对金枪鱼船横向靠岸过程中横向力、船舶运动和船体周围流场的影响。

目录

声明

摘要

第一章绪论

1．1研究背景

1．2课题研究目的和意义

1．2．1课题研究的目的

1．2．2课题研究的意义

1．3国内外研究进展

1．3．1 CFD技术在船舶操纵性研究中的应用

1．3．2船舶靠泊问题研究现状

1．4本文主要研究工作

第二章计算流体力学理论介绍

2．1控制方程

2．2湍流模型

2．3重叠网格技术

第三章船舶横向靠岸粘性流场及水动力

3．1引言

3．2船舶横向靠岸数值方法验证

3．2．1问题描述及坐标轴定义

3．2．2船型参数及计算域选取

3．2．3计算网格划分及其它设置

3．2．4船舶横向靠岸网格收敛性研究、湍流模型选取及结果验证

3．3不同位置推力作用下靠岸船舶运动及流场研究

3．3．1问题描述

3．3．2数值研究

3．3．3船舶所受横向力

3．3．4船舶的运动

3．3．5波高

3．3．6船体表面压力分布

3．4．1问题描述

3．4．2船舶所受横向力

3．4．3船舶运动

3．4．4波高

3．4．5船体周围漩涡分布

3．5．浅水中船舶横漂数值研究

3．5．1问题描述

3．5．2船舶靠岸横向速度

3．5．3船舶所受横向力

3．5．3船舶运动

3．5．4波高

3．6浅水中不同岸壁距离对船舶横向靠岸运动的影响研究

3．6．1问题描述

3．6．2船舶所受横向力

3．6．3船舶运动

3．7本章小结

第四章大型金枪鱼围网渔船靠岸数值研究

4．1引言

4．2问题描述

4．3边界条件设置、网格划分及其它条件设置

4．4数值计算结果分析

4．4．1．网格独立性研究

4．4．2金枪鱼船所受横向力

4．4．3金枪鱼船运动分析

4．4．4金枪鱼围网渔船靠岸横向速度

4．4．5船体周围漩涡分布

4．4．6船体表面压力

4．5本章小结

第五章总结与展望

参考文献

致谢

在读期间发表的学术论文及研究成果