顶浪中激光雷迪尔级帆船纵向运动和波浪增阻的数值模拟

发布时间：2020-11-18 16:22

　　 激光雷迪尔级帆船是奥运会比赛的一种重要的帆船类别。比赛中运动员常常会在顶浪中操纵帆船完成航行、超越、绕标、解脱判罚等动作,而在顶浪作用下帆船存在纵向运动(纵摇和垂荡)响应,其阻力也会增加,此时运动员需要不断调节帆船以稳定船体姿态。为了解雷迪尔级帆船的运动响应,帮助运动员在遇到突变情况时准确地判断船体应做出的反应,增强船体的航行性能,本研究基于计算流体力学方法(Computational Fluid Dynamics,CFD)对激光雷迪尔级帆船顶浪中纵向运动和波浪增阻进行数值模拟。研究表明,激光雷迪尔级帆船裸船体在静水中航行时,船体阻力的变化遵循船体阻力随航速的增加而增加的规律。可以发现,在考虑船体纵向运动的条件下,船底压力随着航行速度的增加而增加,最大压力区域逐渐向船艉方向移动,船体两侧的飞溅越来越明显,船行波的波幅以及波长也越来越大;同时,航速在4 m/s~6m/s之间时,船体处于排水状态与滑行状态之间的过渡状态,若航速继续增加,裸船体将达到理论滑行状态;该级别帆船裸船体在一阶规则波浪中航行时,船体的运动姿态以及阻力变化同样呈周期性变化,且其变化周期等于船体遭遇周期;船体总阻力以及船行波的变化规律与静水条件下相同;在计算航速及波长范围内,纵向运动幅度随着航速的增加而增大,而波浪增阻的变化未表现出明显的规律性。本研究讨论了在考虑纵向运动时船体在静水及规则波浪中的运动响应以及阻力变化规律,为帆船驾驶者对船体运动姿态的理解提供了一定的理论指导,为后续深入研究小型运动帆船波浪中的水动力性能提供了一定的借鉴。
【学位单位】：武汉体育学院
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：G861.4
【文章目录】：
摘要
Abstract
1 绪论
    1.1 选题背景与意义
    1.2 帆船水动力性能研究进展
        1.2.1 帆船船体阻力
        1.2.2 帆船推进性能
        1.2.3 帆船操纵性
    1.3 数值波浪水池国内外研究进展
    1.4 波浪下船舶水动力性能研究进展
        1.4.1 船舶耐波性国内研究进展
        1.4.2 帆船船体耐波性国外研究进展
    1.5 小结
2 数值计算方法与验证
    2.1 数值计算方法
        2.1.1 控制方程
        2.1.2 湍流模型
        2.1.3 双相流模型
        2.1.4 一阶规则波模型
        2.1.5 控制方程的离散
        2.1.6 边界条件
        2.1.7 网格生成方法
    2.2 数值方法验证
        2.2.1 数值验证对象
        2.2.2 计算域及边界条件
        2.2.3 船体阻力分析
        2.2.4 规则波浪下船舶的波浪增阻
        2.2.5 规则波浪下船舶的纵向运动
    2.3 小结
3 帆船船体静水水动力数值模拟
    3.1 研究对象
    3.2 计算域及边界条件
    3.3 网格划分
    3.4 船体阻力
    3.5 船体压力
    3.6 船体姿态
    3.7 小结
4 帆船顶浪下船体纵向运动数值模拟
    4.1 研究对象
    4.2 计算域及边界条件
    4.3 网格划分
    4.4 数值波浪水池的建立
    4.5 纵向运动分析
    4.6 波浪增阻分析
    4.7 船行波的分析
    4.8 小结
5 结论与展望
    5.1 结论
    5.2 展望
参考文献
致谢
附录1 船体的运动时历与阻力时历
附录2 船底压力云图
附录3 船行波云图
附录4 攻读硕士学位期间发表论文

【参考文献】

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本文编号：2888919