船舶水动力系数计算及在规则波中的运动预报

发布时间：2017-03-25 15:07

  本文关键词：船舶水动力系数计算及在规则波中的运动预报，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：随着世界经济发展，船舶作为各国贸易往来的重要交通运输工具，正朝着大型化、高速化和多样化发展。而航道中船舶数量的增加使航道变得越来越拥挤，导致事故不断发生。另一方面，在航行时由于受到风、浪、流的影响，船舶不可避免的发生摇荡，如果在此时，出现了一些致命的操作失误那将造成严重的后果。因而船舶操纵性和耐波性与船舶航行安全密切相关，必须对其进行预报。 在船舶设计阶段采用CFD技术对船舶的水动力性能和在波浪中的运动机理进行预报，这对船舶的生产建造具有极大的实际意义和应用价值。随着计算机的快速发展和大量应用，船舶CFD的计算能力也随之增强，计算方法也不断的推陈出新，计算精度也在不断的提高。这使得船舶CFD技术对船舶优化设计的作用也越加的重要，越来越有取代一部分船模试验的趋势。 本文以ITTC推荐的S-175集装箱船的船模为研究对象，首先CFD方法对该船模进行阻力预报，采用SIMPLEC算法求解压力速度耦合方程组，二阶迎风格式离散对流项，标准壁面函数求解近壁面区域流动，分别采用标准k-ε，RNG k-ε以及SST k-ω模型计算不同来流速度下S-175试验船模直航阻力系数。然后采用CFD方法模拟船模纯横荡运动、纯摇艏运动，获得了相关水动力系数。其中考虑到计算的复杂性，忽略自由表面兴波、附体和船模浮态的改变。最后基于三维线性势流理论，运用流体动力学软件HYDROSTAR，讨论了低速航行船舶扰动流场速度势的定解条件，并描述了采用扩展的边界积分方法消除不规则频率现象，根据刚体受力原理建立船舶运动微分方程，求解出船舶运动响应。
【关键词】：船舶操纵性 船舶耐波性 CFD 势流理论
【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】：2012
【分类号】：U661
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 第1章 绪论10-20
• 1.1 课题背景及研究意义10-13
• 1.2 船舶 CFD 技术研究进展13-15
• 1.2.1 船舶 CFD 回顾13-14
• 1.2.2 船舶 CFD 发展现状14-15
• 1.3 船舶操纵性与耐波性研究概述15-19
• 1.3.1 船舶操纵性研究概述15-17
• 1.3.2 船舶耐波性研究概述17-19
• 1.4 本文主要的研究工作19-20
• 第2章 数值模拟的基本理论及方法20-35
• 2.1 计算流体动力学20-24
• 2.1.1 计算流体动力学简介20-21
• 2.1.2 计算流体动力学的求解过程及主流软件21-22
• 2.1.3 FLUENT 简介22-23
• 2.1.4 HYDROSTAR 软件介绍23-24
• 2.2 数学模型24-29
• 2.2.1 流体动力学控制方程24-25
• 2.2.2 湍流模型25-29
• 2.2.2.1 k-ε模型26-27
• 2.2.2.2 SST k-ω模型27-29
• 2.3 数值方法29-33
• 2.3.1 控制方程的离散化方法29-31
• 2.3.2 流场的数值计算31-33
• 2.4 本章小结33-35
• 第3章 S-175 试验船模水动力性能数值计算35-49
• 3.1 计算模型和计算域35-38
• 3.1.1 计算模型35-36
• 3.1.2 计算域及网格划分36-38
• 3.2 直航阻力数值模拟38-41
• 3.3 非定常水动力性能计算41-46
• 3.3.1 纯横荡运动水动力性能计算42-44
• 3.3.2 纯摇艏运动水动力性能计算44-46
• 3.4 本章小结46-49
• 第4章 船舶运动的势流理论求解方法49-60
• 4.1 概述49
• 4.2 非定常扰动势定解条件的建立和求解49-55
• 4.2.1 非定常扰动势的定解条件49-54
• 4.2.1.1 坐标系选取与入射波描述49-52
• 4.2.1.2 流场速度势的分解及其定解条件52-54
• 4.2.2 非定常扰动势求解的源汇分布法54-55
• 4.2.2.1 分布源积分方程的建立与求解54-55
• 4.2.2.2 面元法55
• 4.3 三维水动力系数和绕射势的求解55-56
• 4.4 作用在船体上的流体载荷56-58
• 4.4.1 流体静力载荷56-57
• 4.4.2 波浪力57-58
• 4.5 船舶运动响应的稳态解58-59
• 4.6 本章小结59-60
• 第5章 S-175 集装箱船在规则波中的运动预报60-72
• 5.1 HYDROSTAR 结构和使用规定60-63
• 5.2 预报结果63-70
• 5.3 本章小结70-72
• 结论72-74
• 参考文献74-78
• 攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果78-79
• 致谢79

【参考文献】

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本文编号：267375