典型海况下的船舶阻力预报研究
发布时间：2021-07-22 19:09
在船舶设计过程中,船舶阻力的估算是必不可少的环节,船舶设计人员通常需要在设计阶段估算船舶的阻力,用于主尺度论证,主机功率选择,螺旋桨匹配等工作。而随着航运业节能减排力度的不断加大,各种针对船舶建造和营运能效水平的强制性法规开始出现并生效,对船舶的能效水平做出了更高的要求。在此背景下,在船舶初始设计阶段考虑到风浪对船舶阻力的影响,对阻力进行完整的估算是很有必要的。本文以船舶初始设计阶段阻力的快速而完整的估算为目标。首先,采用三种经验公式估算目标船舶的静水阻力,选择了合适的方法,利用STAR-CCM+对静水阻力进行数值模拟,将数值模拟的结果和船模阻力试验数据及理论公式进行对比分析,验证数值模拟的可靠性和准确性,之后和静水阻力经验公式进行对比,分析经验公式的不足和误差来源。然后,基于STAWAVE2方法和数值波浪水池对规则波中迎浪航行船舶的波浪增阻进行计算,两者计算结果在短波区和长波区吻合较好。最后,结合静水阻力、波浪增阻和空气阻力的经验公式,建立了船舶总阻力估算模型,并利用MATLAB编写计算程序。以一艘30000DWT散货船为例,对其典型海况下的阻力性能进行了计算研究。结果表明,本文建立...
【文章来源】：大连海事大学辽宁省 211工程院校
【文章页数】：87 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１．?１?ＥＥＤＩ基线值的递减??Ｆｉｇ．?１．１?Ｄｅｃｒｅａｓｅ?ｏｆ?ＥＥＤＩ?ｂａｓｅｌｉｎｅ??
?典型海况下的船舶阻力预报研究???２船舶阻力构成及影响因素分析??船舶在实际航行过程中处于水和空气两种介质中，为保持航行速度和方向，必然将??受到水和空气的阻力作用，所以船舶总阻力可以分为水下部分的水阻力和水上部分的空??气阻力。水的密度比空气大得多，因此水阻力是占主要部分的，而水阻力又可以进一步??划分为静水航行时所受到静水阻力和在风浪中航行时由于波浪所造成的波浪增阻两个??部分。静水阻力分为裸船体阻力和附体阻力，附体指舵、舭龙骨等安装于船舶裸船体之??上的附属体，常用于改善船舶的操纵性和快速性。船舶在航行中所受到的阻力如图２．１??所示。??［－裸船体阻力??ｒ?静水阻力?＿??｜?Ｌ?附体阻力?＿??－?水阻力?－??船舶阻为Ｌ?Ｌ?＿麵?＿肋??－空气阻力???图２．１船舶阻力分类??Ｆｉｇ．?２．１?Ｓｈｉｐ?ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ?ｃｌａｓｓｉｆｉｃａｔｉｏｎ??２．１静水阻力的分类及换算方法??２．?１．１静水阻力的分类??静水阻力是船舶在无风无浪的理想海况下航行时所遭遇的阻力。在对静水阻力的研??宄过程中，针对不同问题的处理方法不同，形成了多种分类方法。从阻力产生的机理来??看可以分为摩擦阻力、粘压阻力和兴波阻力；从作用力的方向来看可以分为摩擦阻力和??压差阻力；从流体是否有粘性来看可分为粘性阻力和兴波阻力［４３］。如图２．２所示。??－８－??
?大连海事大学硕士学位论文???ｒ?兴波阻力??卩压差阻力?－??静水阻力＿?Ｌ粘压阻力一????????！?一?粘性阻力??－?摩擦阻力?????图２．?２船舶静水阻力分类??Ｆｉｇ．?２．２?Ｓｈｉｐ?ｃａｌｍ?ｗａｔｅｒ?ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ?ｃｌａｓｓｉｆｉｃａｔｉｏｎ??由于水的粘性作用，船舶运动过程中会受到水粘性切应力作用，它在运动方向的合??力便是船体摩擦阻力，用＆表示。水流流过船体曲率变化较大的地方时，如船首和船尾??处，将会产生旋涡。旋涡的存在会导致压力下降，从而导致船体前后部分的压力不平衡，??旋涡产生的根本原因也是由于水的粘性作用，这种阻力称为粘压阻力，用表示。由??于水面是自由面，船舶在上面驶过会兴起波浪，导致船前后压力分布不对称，船首为高??压区，船尾为低压区，因此产生作用在船舶运动相反方向上的压差力，即兴波阻力，用??兄表示。从能量的角度看，因为船舶航行所兴起的波浪需要消耗能量，船体需要对水做??功，根据作用力与反作用的原理，水对船体反作用力的水平分量就表现为兴波阻力。因??此，按照阻力产生机理的船舶静水阻力沁可以分为摩擦阻力■、黏压阻力和兴波阻??力如式２．１所示：??Ｒ，?＝Ｒｆ?＋Ｒｐｖ?＋Ｒｗ?（２．１）??上述各种阻力成分在静水总阻力中的比例随着船速的变化而变化，船速不高的情况??下，摩擦阻力和占主要部分，约为总阻力的７０％？８０％，粘压阻力约占１０％左右，??而兴波阻力兄，．占很小比例［２５］；在满载和高速航行时，兴波阻力将会增加，有时能占??到总阻力的５０％或更多［４４］。??２．?１．２静水阻力换算方法??根据相似原理，若船模和实
【参考文献】：
期刊论文
[1]改进的Holtrop船舶阻力估算[J]. 王楠,周旭. 船海工程. 2019(04)
[2]满足最小装机功率下的船舶波浪增阻数值计算研究[J]. 贾腾,董国祥,高玉玲,李传庆. 上海船舶运输科学研究所学报. 2018(02)
[3]VLCC油船波浪增阻预报方法的实用修正[J]. 杨春蕾,朱仁传,莫中华,洪亮,周文俊,缪国平. 海洋工程. 2018(03)
[4]改进的预报集装箱船波浪增阻的半经验方法[J]. 杨春蕾,朱仁传,莫中华,洪亮,陆明锋,缪国平. 中国造船. 2018(01)
[5]基于模型试验的船舶最小推进功率研究[J]. 刁峰,周伟新,魏锦芳,陈京普,王杉. 中国造船. 2017(04)
[6]20000 DWT散货船风载荷数值计算及上层建筑降阻优化[J]. 周传明,董国祥,高玉玲. 上海船舶运输科学研究所学报. 2017(02)
[7]船舶风载荷研究进展及发展趋势[J]. 陈前昆,尹奇志,孙星,范爱龙,严新平,牟小辉. 武汉理工大学学报(交通科学与工程版). 2015(04)
[8]船舶最小推进功率跟踪研究[J]. 魏锦芳,王杉,苏甲,陈京普. 中国造船. 2014(04)
[9]艾亚法与兰泼凯勒法权重修正的船舶阻力预报[J]. 郭春雨,刘桂杰,周广利,黄超. 船海工程. 2014(04)
[10]肥大型船舶阻力计算方法修正[J]. 郭春雨,黄超,邓锐,王成尧. 船海工程. 2014(03)
博士论文
[1]基于RANS的船舶阻力和耐波性虚拟试验与分析技术研究[D]. 蒋银.上海交通大学 2018
[2]基于RANS法虚拟试验水池的船舶快速性预报研究[D]. 胡俊明.大连理工大学 2018
[3]影响船舶CFD模拟的因素分析与三体船阻力计算改进探讨[D]. 陈康.哈尔滨工程大学 2008
硕士论文
[1]基于CFD的30000DWT多用途船阻力性能研究[D]. 李宝明.大连理工大学 2018
[2]带球鼻艏船舶阻力计算及与实测数据的对比[D]. 于苏楠.杭州电子科技大学 2018
[3]基于泰勒展开边界元法的船舶波浪增阻计算分析研究[D]. 朱城锜.哈尔滨工程大学 2018
[4]远洋营运船舶主机功率预测方法研究[D]. 孙飞虎.大连海事大学 2018
[5]基于外界环境的船体阻力及推进系统能效分析[D]. 姚雪蕾.武汉理工大学 2017
[6]内河千吨级货船浅水阻力数值仿真及计算方法研究[D]. 徐晓森.江苏科技大学 2017
[7]基于阻力和EEDI的船型主尺度要素优化研究[D]. 介推.大连海事大学 2016
[8]风载荷作用下船舶能耗响应及优化减阻研究[D]. 陈前昆.武汉理工大学 2016
[9]营运船舶主推进系统能耗分析与预报研究[D]. 刘竹风.大连海事大学 2015
[10]排水型圆舭折角高速船阻力数值仿真及其计算方法研究[D]. 彭言峰.江苏科技大学 2015
本文编号：3297726
【文章来源】：大连海事大学辽宁省 211工程院校
【文章页数】：87 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１．?１?ＥＥＤＩ基线值的递减??Ｆｉｇ．?１．１?Ｄｅｃｒｅａｓｅ?ｏｆ?ＥＥＤＩ?ｂａｓｅｌｉｎｅ??
?典型海况下的船舶阻力预报研究???２船舶阻力构成及影响因素分析??船舶在实际航行过程中处于水和空气两种介质中，为保持航行速度和方向，必然将??受到水和空气的阻力作用，所以船舶总阻力可以分为水下部分的水阻力和水上部分的空??气阻力。水的密度比空气大得多，因此水阻力是占主要部分的，而水阻力又可以进一步??划分为静水航行时所受到静水阻力和在风浪中航行时由于波浪所造成的波浪增阻两个??部分。静水阻力分为裸船体阻力和附体阻力，附体指舵、舭龙骨等安装于船舶裸船体之??上的附属体，常用于改善船舶的操纵性和快速性。船舶在航行中所受到的阻力如图２．１??所示。??［－裸船体阻力??ｒ?静水阻力?＿??｜?Ｌ?附体阻力?＿??－?水阻力?－??船舶阻为Ｌ?Ｌ?＿麵?＿肋??－空气阻力???图２．１船舶阻力分类??Ｆｉｇ．?２．１?Ｓｈｉｐ?ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ?ｃｌａｓｓｉｆｉｃａｔｉｏｎ??２．１静水阻力的分类及换算方法??２．?１．１静水阻力的分类??静水阻力是船舶在无风无浪的理想海况下航行时所遭遇的阻力。在对静水阻力的研??宄过程中，针对不同问题的处理方法不同，形成了多种分类方法。从阻力产生的机理来??看可以分为摩擦阻力、粘压阻力和兴波阻力；从作用力的方向来看可以分为摩擦阻力和??压差阻力；从流体是否有粘性来看可分为粘性阻力和兴波阻力［４３］。如图２．２所示。??－８－??
?大连海事大学硕士学位论文???ｒ?兴波阻力??卩压差阻力?－??静水阻力＿?Ｌ粘压阻力一????????！?一?粘性阻力??－?摩擦阻力?????图２．?２船舶静水阻力分类??Ｆｉｇ．?２．２?Ｓｈｉｐ?ｃａｌｍ?ｗａｔｅｒ?ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ?ｃｌａｓｓｉｆｉｃａｔｉｏｎ??由于水的粘性作用，船舶运动过程中会受到水粘性切应力作用，它在运动方向的合??力便是船体摩擦阻力，用＆表示。水流流过船体曲率变化较大的地方时，如船首和船尾??处，将会产生旋涡。旋涡的存在会导致压力下降，从而导致船体前后部分的压力不平衡，??旋涡产生的根本原因也是由于水的粘性作用，这种阻力称为粘压阻力，用表示。由??于水面是自由面，船舶在上面驶过会兴起波浪，导致船前后压力分布不对称，船首为高??压区，船尾为低压区，因此产生作用在船舶运动相反方向上的压差力，即兴波阻力，用??兄表示。从能量的角度看，因为船舶航行所兴起的波浪需要消耗能量，船体需要对水做??功，根据作用力与反作用的原理，水对船体反作用力的水平分量就表现为兴波阻力。因??此，按照阻力产生机理的船舶静水阻力沁可以分为摩擦阻力■、黏压阻力和兴波阻??力如式２．１所示：??Ｒ，?＝Ｒｆ?＋Ｒｐｖ?＋Ｒｗ?（２．１）??上述各种阻力成分在静水总阻力中的比例随着船速的变化而变化，船速不高的情况??下，摩擦阻力和占主要部分，约为总阻力的７０％？８０％，粘压阻力约占１０％左右，??而兴波阻力兄，．占很小比例［２５］；在满载和高速航行时，兴波阻力将会增加，有时能占??到总阻力的５０％或更多［４４］。??２．?１．２静水阻力换算方法??根据相似原理，若船模和实
【参考文献】：
期刊论文
[1]改进的Holtrop船舶阻力估算[J]. 王楠,周旭. 船海工程. 2019(04)
[2]满足最小装机功率下的船舶波浪增阻数值计算研究[J]. 贾腾,董国祥,高玉玲,李传庆. 上海船舶运输科学研究所学报. 2018(02)
[3]VLCC油船波浪增阻预报方法的实用修正[J]. 杨春蕾,朱仁传,莫中华,洪亮,周文俊,缪国平. 海洋工程. 2018(03)
[4]改进的预报集装箱船波浪增阻的半经验方法[J]. 杨春蕾,朱仁传,莫中华,洪亮,陆明锋,缪国平. 中国造船. 2018(01)
[5]基于模型试验的船舶最小推进功率研究[J]. 刁峰,周伟新,魏锦芳,陈京普,王杉. 中国造船. 2017(04)
[6]20000 DWT散货船风载荷数值计算及上层建筑降阻优化[J]. 周传明,董国祥,高玉玲. 上海船舶运输科学研究所学报. 2017(02)
[7]船舶风载荷研究进展及发展趋势[J]. 陈前昆,尹奇志,孙星,范爱龙,严新平,牟小辉. 武汉理工大学学报(交通科学与工程版). 2015(04)
[8]船舶最小推进功率跟踪研究[J]. 魏锦芳,王杉,苏甲,陈京普. 中国造船. 2014(04)
[9]艾亚法与兰泼凯勒法权重修正的船舶阻力预报[J]. 郭春雨,刘桂杰,周广利,黄超. 船海工程. 2014(04)
[10]肥大型船舶阻力计算方法修正[J]. 郭春雨,黄超,邓锐,王成尧. 船海工程. 2014(03)
博士论文
[1]基于RANS的船舶阻力和耐波性虚拟试验与分析技术研究[D]. 蒋银.上海交通大学 2018
[2]基于RANS法虚拟试验水池的船舶快速性预报研究[D]. 胡俊明.大连理工大学 2018
[3]影响船舶CFD模拟的因素分析与三体船阻力计算改进探讨[D]. 陈康.哈尔滨工程大学 2008
硕士论文
[1]基于CFD的30000DWT多用途船阻力性能研究[D]. 李宝明.大连理工大学 2018
[2]带球鼻艏船舶阻力计算及与实测数据的对比[D]. 于苏楠.杭州电子科技大学 2018
[3]基于泰勒展开边界元法的船舶波浪增阻计算分析研究[D]. 朱城锜.哈尔滨工程大学 2018
[4]远洋营运船舶主机功率预测方法研究[D]. 孙飞虎.大连海事大学 2018
[5]基于外界环境的船体阻力及推进系统能效分析[D]. 姚雪蕾.武汉理工大学 2017
[6]内河千吨级货船浅水阻力数值仿真及计算方法研究[D]. 徐晓森.江苏科技大学 2017
[7]基于阻力和EEDI的船型主尺度要素优化研究[D]. 介推.大连海事大学 2016
[8]风载荷作用下船舶能耗响应及优化减阻研究[D]. 陈前昆.武汉理工大学 2016
[9]营运船舶主推进系统能耗分析与预报研究[D]. 刘竹风.大连海事大学 2015
[10]排水型圆舭折角高速船阻力数值仿真及其计算方法研究[D]. 彭言峰.江苏科技大学 2015
本文编号：3297726
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