船—桨—舵系统操纵水动力数值研究

发布时间：2017-06-14 00:11

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【摘要】：船舶操纵性是重要的船舶水动力性能之一,开展船舶操纵水动力预报研究,提高操纵水动力预报的精度,具有重要意义。近十年来,基于CFD的数值预报方法得到越来越广泛的应用,已成为与约束模试验方法并驾齐驱、相辅相成的一种船舶操纵水动力预报方法。本文采用基于RANS方程求解的数值方法对带附体船舶斜航和不同舵角下直航这两种常见的操纵运动的粘性流场进行了模拟,其中湍流现象采用RNG k-ε模型模拟,螺旋桨采用滑移网格技术进行处理。通过对船-舵系统和船-桨-舵系统的斜航运动和不同舵角下的直航运动的绕流场分别进行模拟,详细分析了船-舵系统斜航和不同舵角直航的流场,并通过比较船-桨-舵系统和船-舵系统的流场,分析了螺旋桨对流场的影响。同时,基于船-桨-舵系统在不同舵角下直航的数值模拟结果,求取了船-桨-舵水动力干扰系数。本文所采用的数值方法能够较为合理地模拟操纵运动船舶的粘性流场,所得到船-舵系统作操纵运动时的水动力机理以及螺旋桨对操纵运动船舶水动力的影响对船-桨-舵系统操纵水动力预报研究具有一定的参考价值。同时,所采用的基于CFD的船-桨-舵水动力干扰分析方法对MMG模型建模研究具有一定的实用意义。
【关键词】：船-桨-舵系统 船舶操纵 斜航 直航 计算流体动力 水动力
【学位授予单位】：上海交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：U661.33
【目录】：

• 摘要7-8
• ABSTRACT8-13
• 第一章 绪论13-22
• 1.1 研究背景13
• 1.2 船舶操纵水动力预报方法13-14
• 1.3 CFD方法预报船舶操纵水动力研究进展14-17
• 1.3.1 国际研究进展14-16
• 1.3.2 国内研究进展16-17
• 1.4 船-桨-舵相互作用数值计算的研究与进展17-21
• 1.4.1 基于螺旋桨实体建模的船-桨-舵相互作用数值研究18-19
• 1.4.2 基于螺旋桨体积力模型的船-桨-舵相互作用数值研究19-21
• 1.5 本文研究工作21-22
• 第二章 粘性流数值模拟的基本方法22-31
• 2.1 数学模型22-24
• 2.1.1 粘性流体运动控制方程22
• 2.1.2 湍流模型22-24
• 2.2 边界条件24-25
• 2.3 近壁处理25-26
• 2.4 数值模拟方法26-28
• 2.4.1 网格离散26
• 2.4.2 有限体积法26-27
• 2.4.3 离散格式27-28
• 2.4.4 流场的数值解法28
• 2.5 滑移网格技术28-30
• 2.5.1 守恒方程28-29
• 2.5.2 滑移网格技术的原理29-30
• 2.6 本章小结30-31
• 第三章 船-舵系统直航和斜航水动力数值研究31-40
• 3.1 研究对象31
• 3.2 计算域及边界条件31-32
• 3.3 船-舵系统直航阻力计算32-33
• 3.4 船-舵系统斜航水动力数值计算33-39
• 3.4.1 坐标系33
• 3.4.2 数值方法的验证33-36
• 3.4.3 系列计算结果及分析36-39
• 3.5 本章小结39-40
• 第四章 船舶斜航水动力数值研究40-67
• 4.1 数值方法40-44
• 4.1.1 坐标系及水动力无因次化表达40-41
• 4.1.2 船型参数41-42
• 4.1.3 计算域和边界条件42-43
• 4.1.4 网格划分43-44
• 4.2 螺旋桨的敞水性能计算44-47
• 4.3 数值计算结果及分析47-66
• 4.3.1 计算工况47
• 4.3.2 船-桨-舵系统斜航数值计算结果47-48
• 4.3.3 船-舵系统和船-桨-舵系统数值计算结果对比48-49
• 4.3.4 船-舵系统压力分布和轴向速度分布49-56
• 4.3.5 船-桨-舵系统压力分布和轴向速度分布56-62
• 4.3.6 尾部区域压力62-64
• 4.3.7 轴向速度与涡量64-66
• 4.4 本章小结66-67
• 第五章 船舶在不同舵角下直航水动力数值研究67-95
• 5.1 数值方法67-70
• 5.1.1 坐标系及水动力无因次化表达67-68
• 5.1.2 计算域和边界条件68-69
• 5.1.3 网格划分69-70
• 5.2 数值计算结果及分析70-90
• 5.2.1 计算工况70
• 5.2.2 船-桨-舵系统在不同舵角下直航计算结果70-71
• 5.2.3 船-舵系统和船-桨-舵系统数值计算结果对比71-73
• 5.2.4 船-舵系统压力分布和轴向速度分布73-78
• 5.2.5 船-桨-舵系统压力分布和轴向速度分布78-85
• 5.2.6 尾部区域压力85-88
• 5.2.7 轴向速度与涡量88-90
• 5.3 船-桨-舵水动力干扰系数90-94
• 5.3.1 MMG模型90-92
• 5.3.2 船-桨-舵系统水动力干扰系数的计算92-94
• 5.4 本章小结94-95
• 第六章 总结与展望95-97
• 6.1 工作总结95-96
• 6.2 研究展望96-97
• 参考文献97-103
• 致谢103-104
• 攻读学位期间发表或录用的论文104

【参考文献】

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