船舶操纵运动粘性水动力数值与试验研究

发布时间：2017-05-19 23:13

  本文关键词：船舶操纵运动粘性水动力数值与试验研究，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】： 采用计算流体动力学(CFD)技术实现在船舶设计阶段对船舶水动力性能的预报,在船舶生产过程中具有重大的工程应用价值,并且在目前是一个富有挑战性的课题。近十多年来,随着船舶CFD计算方法和计算能力的发展,数值预报精度的不断提高,其对船舶优化设计的指导作用也日益突出,并有与船模试验并驾齐驱、取代部分船模试验的趋势。在船舶操纵性方面,这类方法虽处于初始阶段,但已获得重大进展。目前,第25届ITTC操纵性技术委员会正在组织一项旨在对各种预报操纵性的模拟方法进行验证和确认的比较研究。本文正是在这种背景下,利用CFD方法对船舶操纵运动粘性水动力进行了数值研究。 本文主要以三大主力船型中的大型油轮、上述比较研究中的标准船型之一KVLCC2为研究对象,主要对该船型船模在深水状态下作斜航运动的粘性流场进行了数值模拟,计算了作用在船模上的横向水动力、艏摇力矩及表面压力分布。 随着船舶向大型化发展,通常的港湾、运河等相对于这些超大型船舶成为限制航道,由于运动和受力特点的不同,船舶在限制水域中的操纵性和在无限水域中的操纵性有很大的不同,船舶在限制水域中航行时发生碰撞、触底等海难事故的危险性比在无限水域中航行时要大得多。所以,满足IMO现行的船舶操纵性标准并不能确保船舶航行安全性;要切实提高航行安全性,迫切需要从研究限制水域中的船舶操纵运动与受力特点出发研究限制水域中的操纵性,并制定相应的限制水域船舶操纵性标准。在这种背景下,本文计算了KVLCC2船模在浅水状态下所受的横向水动力、艏摇力矩及表面压力,并与深水情况进行了对比,给出了相对于深水情况下水动力修正系数,以此来说明水深对操纵运动水动力的影响。 为了参与ITTC操纵性技术委员会组织的比较研究,上海交通大学和中国船舶科学研究中心(702所)进行了有效的合作,以KVLCC2为对象,在船池中进行了斜拖试验,测量了作用在船模上的水动力。本文介绍了在上海交通大学拖曳水池中进行的模型试验,给出了KVLCC2船模的斜拖试验结果,并与本文的计算结果进行了对比,验证了本文的计算结果。
【关键词】：船舶操纵 水动力 粘性流 CFD 数值模拟
【学位授予单位】：上海交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2008
【分类号】：U661.33
【目录】：

• 摘要5-7
• ABSTRACT7-13
• 第一章 绪论13-19
• 1.1 引言13-14
• 1.2 船舶操纵性预报研究进展14-18
• 1.3 本文主要内容18-19
• 第二章 船舶操纵运动粘性流计算基本理论和方法19-31
• 2.1 流体力学基本方程19
• 2.2 雷诺平均N-S 方程19-20
• 2.3 湍流模型20-22
• 2.3.1 K- ε模式20-21
• 2.3.2 K- ω模式21-22
• 2.4 湍流模型的近壁处理22-25
• 2.5 数值方法25-26
• 2.5.1 离散方法25-26
• 2.5.2 离散格式26
• 2.5.3 加速收敛技术26
• 2.6 自由面处理方法26-29
• 2.7 计算网格29-31
• 第三章 船模在深水中斜航运动粘性流场及水动力计算研究31-44
• 3.1 引言31-32
• 3.2 计算模型及网格划分32-35
• 3.2.1 计算域33
• 3.2.2 边界条件33-34
• 3.2.3 网格划分34-35
• 3.3 数值方法35
• 3.4 计算结果及分析35-43
• 3.5 小结43-44
• 第四章 KVLCC2 模型斜拖试验44-53
• 4.1 试验模型44
• 4.2 试验工况44-45
• 4.3 模型试验45-49
• 4.4 试验结果及分析49-53
• 第五章 船模在浅水中斜航运动粘性流场及水动力计算研究53-76
• 5.1 研究背景53-54
• 5.2 研究对象54-55
• 5.3 数值方法55
• 5.3.1 湍流模型55
• 5.3.2 边界条件55
• 5.4 计算结果及其分析55-75
• 5.5 小结75-76
• 第六章 总结与展望76-78
• 6.1 总结76-77
• 6.2 研究工作展望77-78
• 参考文献78-85
• 致谢85-86
• 攻读学位期间发表的学术论文和参加的科研项目86

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本文编号：380192