基于CFD方法的船舶旋回仿真研究

发布时间：2020-08-23 19:12

【摘要】：据统计,造成港内水域船舶碰撞事故的主要原因是船舶驾驶员对船舶操纵性的掌握不足。在海上船舶航行过程中,船舶驾驶员要随时有效地控制船舶的运动,实施对船舶操纵的有效控制就必须了解本船的操纵性能和外界环境对本船操纵的综合影响。船舶操纵性一直是国际航海界研究的热点问题,2002年,IMO(international maritime organization)颁布了船舶操纵性标准,掀起了又一股船舶操纵性研究的热潮。船舶旋回性船舶操纵性的主要指标之一。随着计算机水平的不断发展,计算流体力学(CFD,Computational Fluid Dynamic)不断在船舶水动力学方面应用,也为船舶操纵性的研究提供了一种更加精确、经济的研究方法。本文基于CFD方法,通过求解RANS (Reynolds averaged Navier-stokes)方程数值模拟船舶在海上的旋回操纵。其中,湍流模型选用SST k-co模型；壁面处理采用壁面函数方法；自由液面采用单项LEVEL SET方法处理；采用FVM (Finite Volume Method)离散化RANS方程,其中空间和时间的离散格式均为二阶精度；选用PISO(Pressure Implicit Split-Operator)算法调整离散方程,再求解；网格的划分选用更加节省计算资源的重叠网格技术,且通过求解刚体运动方程来实现船体的6自由度运动,从而得到船舶在旋回过程中的各个运动姿态数据。本文以大连海事大学实习船“育鲲”轮为例,建立实尺寸船舶模型,对比数据以“育鲲”轮一次实际的船舶海上25。旋回试验数据作为参考。通过数值模拟的结果与实船试验所得的数据的对比,可以得到船舶旋回各项数据的精度较高,除反移量的误差为17.44%,其他各项数据误差均在10%左右。研究结果表明,本文基于CFD的研究方法可以成功的实现船舶旋回仿真实验,且对基于CFD方法在船舶操纵性方面的进一步研究具有一定的参考价值。
【学位授予单位】：大连海事大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：U661.33
【图文】：

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本文编号：2801913