高速排水型三体船兴波阻力数值计算

发布时间：2017-03-28 04:04

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【摘要】： 三体船以其在性能方面的诸多优势,应用前景广阔。近年来国内外对于三体船的研究渐趋活跃,有关研究已经取得较大进展。三体船设计及船型优化的关键技术之一是对其阻力性能的准确预报,随着船舶计算流体力学(CFD)和计算机技术的飞速发展,船舶阻力预报的精度日益提高。 本文采用了基于NURBS的高阶Rankine源方法数值研究常规船舶的兴波问题,并将其推广到三体船的有关计算中。这是一种高精度的广义边界元法,该方法中船体、自由面及各待求物理量均表达为整块或数块n阶连续曲面,比常规面元法具有更好的数值性态。计算中采用自由面奇点适当上置的域外奇点法,然后通过配置点移动的方式从数值上满足辐射条件。 在高速船舶方尾流动的数值处理这一棘手问题上,采用了在方尾处施加流体从船体方尾下缘沿切向光滑分离的物理模型及有效的数值方尾条件,获得了良好的效果。 文中首先简述了非均匀有理B样条(NURBS)构造曲线曲面的方法,并采用蒙面法实现了三维船体拟合。开发的计算程序考虑到将有关计算扩展到限制水域的需要,对于输入的任意形状水底或岸壁的离散几何数据,可以自动生成NURBS曲面并方便地加入相关计算。 文中以Wigley数学船型和NPL船型为对象,在深水、浅水条件下,数值计算了高速排水型单体船、双体船的兴波阻力和兴波波形。在此基础上,探讨了三体船的兴波阻力和兴波波形的数值计算问题。与相关文献中的实验结果及数值计算结果相比,本文的数值结果令人满意。
【关键词】：三体船 兴波阻力 NURBS 高阶面元法 方尾
【学位授予单位】：武汉理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2008
【分类号】：U661.311
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第1章 绪论9-15
• 1.1 课题研究的目的和意义9-10
• 1.2 国内外有关研究现状及动态10-13
• 1.2.1 NURBS船体曲面造型10-11
• 1.2.2 兴波阻力数值计算方法的研究现状11-13
• 1.3 本文研究的主要内容及创新13-15
• 1.3.1 主要内容13-14
• 1.3.2 本文创新及特色14-15
• 第2章 NURBS三维曲面与船体表达15-26
• 2.1 引言15-16
• 2.2 NURBS曲线曲面的原理与方法16-21
• 2.2.1 NURBS曲线曲面定义16-17
• 2.2.2 NURBS节点矢量的确定17-18
• 2.2.3 NURBS曲线曲面的快速计算18-20
• 2.2.4 NURBS曲面示例20-21
• 2.2.5 B样条曲面的反算21
• 2.3 蒙面法拟合船体曲面21-25
• 2.3.1 蒙面法简介21-23
• 2.3.2 船体拟合23-25
• 2.4 本章小结25-26
• 第3章 兴波阻力理论数学模型26-40
• 3.1 引言26
• 3.2 船舶兴波阻力研究的意义26-27
• 3.3 定解条件27-29
• 3.4 兴波阻力计算方法29-32
• 3.4.1 压力积分法29-30
• 3.4.2 波形分析法30-32
• 3.5 升沉与纵倾计算32-33
• 3.6 Rankine源法33-35
• 3.6.1 Rankine源法基本方程33-34
• 3.6.2 自由面奇点上置34
• 3.6.3 辐射条件的满足34-35
• 3.7 方尾流动数学模型35-37
• 3.8 浅水边界条件37-39
• 3.8.1 浅水效应概述37-38
• 3.8.2 浅水边界条件处理方法38-39
• 3.9 本章小结39-40
• 第4章 兴波阻力与兴波波形数值计算40-54
• 4.1 引言40
• 4.2 数值计算40-44
• 4.2.1 方程的离散40-43
• 4.2.2 方尾的处理43
• 4.2.3 方程系数计算43-44
• 4.3 具体算例44-52
• 4.3.1 Wigley单体船兴波阻力计算44-50
• 4.3.2 Wigley双体船兴波阻力计算50-51
• 4.3.3 NPL单体船兴波阻力计算51-52
• 4.4 本章小结52-54
• 第5章 三体船兴波阻力计算54-67
• 5.1 引言54-55
• 5.2 三体船兴波问题理论研究55-57
• 5.3 数值求解与结果57-66
• 5.3.1 简单三体船57-62
• 5.3.2 高速方尾三体船62-66
• 5.4 本章小结66-67
• 第6章 总结与展望67-69
• 6.1 本文总结67
• 6.2 研究展望67-69
• 参考文献69-73
• 致谢73-74
• 攻读硕士学位期间发表的论文和参加科研情况74

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