基于CFD的船舶阻力计算与预报研究

发布时间：2017-05-12 03:04

  本文关键词：基于CFD的船舶阻力计算与预报研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】： 船舶阻力是影响船舶快速性的重要内容之一。阻力性能良好的船舶可以提高运输效率,节约能源,也直接关系到船舶的经济性能。船舶阻力性能评估是船型优化的重要依据,阻力的预报方法也一直是船舶工程届永恒的研究主题之一,因此船舶阻力计算和预报研究同时具有重要的学术意义和工程实用价值。 本文系统地回顾和总结了船舶阻力理论计算的发展历程和研究进展,详细介绍了当前国内外船舶CFD的发展趋势和阻力预报方法,采用CFD理论计算手段,基于层流、湍流等理论对航行船体的阻力进行了计算和试验验证,对理论计算中获得的船体压阻力、黏性阻力进行了剥离、分析,与模型试验中获得的剩余阻力等各成分进行了比较和分析,对船体壁面粗糙度对阻力影响进行了探讨,提出基于CFD理论的实船阻力预报方法。 本文创新性地采用了压阻力、黏性摩擦阻力的剥离、分析的方法进行船舶阻力预报研究。研究表明:模型尺度下采用湍流黏性理论模拟计算可以获得与模型试验结果相比相当不错的结果,但模拟计算比较耗时;基于层流黏性理论模拟计算得到的船体黏性阻力不够准确,但计算模拟的时间较短,能捕捉到准确的自由面形状;对模型尺度与实船尺度的渔政船在黏性流计算中的压阻力系数进行比较讨论可知,两者相差不大;高航速工况下基于层流黏性理论计算得到的船体压阻力系数与船模试验得到的船体剩余阻力系数相当;湍流理论计算中粗糙度的加大能够提高船体的阻力结果。 本文基于CFD进行船舶阻力计算和预报研究,对引领船舶工程领域的广大研究者进行更加深入细致地研究船体阻力预报的新方法具有重要意义。
【关键词】：剩余阻力 压阻力 总阻力 船模 实船 层流 湍流
【学位授予单位】：上海交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2009
【分类号】：U661.311
【目录】：

• 摘要5-7
• ABSTRACT7-13
• 符号说明13-16
• 第一章 绪论16-29
• 1.1 课题研究背景16-20
• 1.1.1 船舶阻力研究的重要性16-17
• 1.1.2 船舶阻力理论概述17-18
• 1.1.3 船舶阻力研究方法18-20
• 1.2 船舶CFD 技术发展历史20-24
• 1.3 FLUENT 简介24-27
• 1.3.1 FLUENT 的主要功能24-25
• 1.3.2 FLUENT 的应用领域25-26
• 1.3.3 使用FLUENT 需要考虑的问题和步骤26-27
• 1.4 本文的主要研究工作27-29
• 第二章 船舶阻力与模型试验29-36
• 2.1 阻力基本概念29-32
• 2.1.1 阻力的分类29-30
• 2.1.2 阻力系数30-32
• 2.2 船模试验与阻力换算方法32-34
• 2.2.1 船模阻力试验32
• 2.2.2 实船阻力换算方法32-34
• 2.3 本章小结34-36
• 第三章 阻力理论计算36-54
• 3.1 势流理论36-39
• 3.1.1 势流基本方程36-38
• 3.1.2 势流研究现状38-39
• 3.2 湍流数值模拟方法39-46
• 3.2.1 流体动力学控制方程39-41
• 3.2.2 湍流的基本方程41-43
• 3.2.3 涡黏膜型43
• 3.2.4 RNG k-ε模型43-44
• 3.2.5 壁面函数法44-45
• 3.2.6 低Re 数k-ε模型45
• 3.2.7 湍动能方程与耗散率方程中k 和ε的计算式45-46
• 3.2.8 流场计算的SIMPLE 算法46
• 3.3 壁面粗糙理论46-53
• 3.3.1 影响试验结果的因素46-48
• 3.3.2 船体表面粗糙度对摩擦阻力的影响48-51
• 3.3.3 壁面定律51-53
• 3.3.4 粗糙度的设定53
• 3.4 本章小结53-54
• 第四章 渔政船船模试验及建模计算54-60
• 4.1 渔政船船模试验54-57
• 4.2 模型建立和数值计算57-59
• 4.2.1 模型建立57-58
• 4.2.2 网格划分58
• 4.2.3 数值计算内容58-59
• 4.3 本章小结59-60
• 第五章 计算结果及分析60-90
• 5.1 船模总阻力理论计算与试验比较60-61
• 5.2 压阻力与黏性力时历61-65
• 5.3 船模摩擦力与黏性力的比较65-66
• 5.4 湍流和层流黏性理论计算的船体压阻力结果分析与比较66-81
• 5.4.1 湍流和层流黏性理论计算的船体压阻力结果分析与比较66-67
• 5.4.2 不同尺度船体压阻力系数的计算结果分析与比较67-68
• 5.4.3 剩余阻力与压阻力的分析与比较68-70
• 5.4.4 船艏与船尾压力比较70-78
• 5.4.5 船模在层流下自由面波形图比较78-81
• 5.5 无黏理论下的阻力预报81-83
• 5.6 粗糙度假定下的计算结果分析83-88
• 5.7 本章小结88-90
• 第六章 总结与展望90-93
• 6.1 全文总结90-91
• 6.2 研究展望91-93
• 参考文献93-98
• 攻读学位期间发表的学术论文和参加的科研项目98

【引证文献】

中国期刊全文数据库 前1条

1 曹雪;杨启;邬卡佳;陈新权;;基于CFD的内河自航绞吸挖泥船阻力计算及分析[J];船舶工程;2012年S2期

中国硕士学位论文全文数据库 前6条

1 曾锋;动水域测算静水航速修正方法研究[D];重庆交通大学;2011年

2 印帅;基于实例推理技术的复合材料船艇方案设计系统[D];哈尔滨工业大学;2011年

3 袁野;基于纵向函数的船型参数化设计及阻力性能优化方法研究[D];大连理工大学;2011年

4 赵大刚;船—桨—舵—舵球式推力鳍系统水动力性能数值计算[D];哈尔滨工程大学;2012年

5 唐实;多桨浅吃水船型推进性能研究[D];哈尔滨工程大学;2012年

6 卫光;船舶水动力系数计算及在规则波中的运动预报[D];哈尔滨工程大学;2012年

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本文编号：358616