基于泰勒展开边界元法的船舶波浪增阻计算分析研究

发布时间：2020-04-05 04:12

【摘要】：在绿色船舶、安全船舶的发展趋势下,国际海事组织先后提出EEDI(Energy Efficiency Design Index,能效设计指数)和最小推进功率导则,前者中的失速系数fw直接影响到船舶的EEDI核算能否通过,后者需要船舶在风浪中保证一定航行速度。船舶波浪增阻一方面是影响失速系数的主要因素,另一方面也是核准船舶最小推进功率的重要组成部分。为此,本文基于泰勒展开边界元方法进行了波浪增阻的计算方法研究。首先给出了有航速迎浪状态下的定解问题。本文在使用的泰勒展开边界元方法(TEBEM)中加入了匹配技巧,外域使用时域格林函数以顺利的外传波浪;Qg域使用泰勒展开方法以更精确的求解非光滑边界速度势及其导数。在速度势及其导数求解完成后,使用伯努利方程在船体表面对压力积分得到一阶力,之后使用四阶龙格库塔积分求解船舶垂荡、纵摇运动,最后在船体表面再次使用伯努利积分以得到二阶平均波漂力,即要求的波浪增阻值。第二,以KCS集装箱船、KVLCC2油船为例进行TEBEM法数值方法的初步验证,并将计算结果与实验值、其他数值方法相比较验证,证明该方法对运动及波浪增阻求解有效。并对这两条船进行各增阻成分、船体各部分对增阻贡献的对比。第三,使用TEBEM法对具有代表性的三条船:肥大型船KVLCC2、大外飘型船KCS、集装箱船S175进行了计算。将计算过程中用到的参数分为空间类离散参数、时间类离散参数以及自由面条件假设参数,并各自独立的进行收敛性计算分析。最终得到了一组通用的,兼顾计算精度和计算效率的无因次化参数。之后取这组无因次化参数,对两条船进行各增阻成分项的拆分比较,以初步验证这组无因次化参数的有效性。第四,将上述的无因次化参数固定后,求解另外三条标模船:Wigley船、方型系数0.7的Series60船、DTC船,并将计算结果与另外数值方法、实验值相比较。证实了这种固定无因次离散参数的方法对求解波浪增阻问题是实用有效的。第五,将TEBEM法计算结果与CFD方法、日本经验公式、STF/半经验公式方法的数值结果进行对比,证明了本文使用的方法在满足工程计算时间要求的前提下,有较好的计算精度。
【图文】：

示意图,匹配方法,示意图,辐射条件

610 00, 0j Ij j j Hjd tn m S t nn 在初始条件的远方辐射条件实际求解中加入了匹配技巧，实际求解过程中，边界条求解非定常速度势题中第一关键问题是远方辐射条件的实施。与常规有航用时域格林函数法外传扰动波，实现远方边界无反射目度势。一般有航速时域定常势的求解方法。本节给出利用匹配问题的过程。考虑船舶以恒定速度迎浪向前行驶，取平动 z 轴垂直向上，水深无限，船速 u 沿着 x 方向运动。坐标

示意图,外飘,主尺度,离散参数

最终得到了一组无因次化的离散参数值，并将其写数，以待后续的验证。CC2船、KCS船的主尺度等信息在第三章已经进行了介绍。S175船代表。同样属于外飘船，但是外飘程度低于 KCS 船。其主尺表4.1 S175船的主尺度两柱间长 L 175.0m船宽 B 25.4m型深 15.4m吃水 T 9.5m方形系数 0.5859排水体积 24742.5m3心垂向位置（距水线面） -1.0m了 S175 船体水线以下部分横剖线示意图。
【学位授予单位】：哈尔滨工程大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：U661.311

【参考文献】