基于CFD的高速舰船阻力与尾部伴流场的数值模拟

发布时间：2017-06-22 08:09

  本文关键词：基于CFD的高速舰船阻力与尾部伴流场的数值模拟，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：高速水面舰船轴系附体直接影响着螺旋桨盘面伴流场，而双臂轴支架是安装于船尾轴上最靠近螺旋桨的轴系附体。它的翼型、安装位置、安装角度等要素的变化不仅影响船舶阻力，而且对桨盘面伴流场的均匀性也有较大影响。不均匀的伴流场易使螺旋桨产生振动和严重的空泡，影响螺旋桨的性能。因此，合理设计双臂轴支架可以改善桨盘面伴流场。 当今，在各种数值模拟技术飞速发展的阶段，通过CFD方法来预报船舶阻力和船尾伴流场已成为可能，如何通过该工具运用合理简便的预报方法预报军船阻力和船尾伴流场，，以此来进行附体的多方案优选，是船舶流体工作者一个很关心的问题。 对于高速航行舰船，由于航行姿态（纵倾、升沉）的变化，以设计浮态为基准的阻力理论计算结果并不能准确预报其实际航行阻力。本文基于RANS方程，划分多块结构化网格，采取一种简化的迭代方法对高速舰船的阻力进行数值计算（傅氏数为0.15～0.45），并将阻力计算结果与船模试验值对比。结果表明该方法充分考虑了船体姿态的影响，对提高高速舰船的阻力预报精度具有一定的可行性。同时，分析了不同傅氏数下的自由表面波形图和波形等值线图，以及首尾兴波随航速的变化趋势，符合试验规律。除此之外，对3种双臂轴支架臂安装角方案的船尾伴流场进行数值模拟，着重分析了双臂轴支架安装角的变化对于尾部伴流均匀性的影响，将结果和带轴系附体的船模试验伴流场进行对比，轴向伴流的轴向变化趋势与试验结果吻合，验证了方法的可靠性，得出的一些结论可以为附体方案的优选提供理论依据。
【关键词】：航态 阻力 船尾伴流 轴系附体 船模试验
【学位授予单位】：中国舰船研究院
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：U661.31;U661.1
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 1 绪论9-17
• 1.1 研究背景与意义9-10
• 1.2 研究进展综述10-13
• 1.2.1 计及航态影响的船舶阻力预报研究进展10-11
• 1.2.2 船舶轴支架的设计与船舶尾部伴流预报的研究进展11-12
• 1.2.3 CFD 对船舶伴流场模拟方面的研究进展12-13
• 1.3 本文所用软件介绍13-15
• 1.3.1 UG NX 软件介绍13-14
• 1.3.2 ANSYS ICEM CFD 软件介绍14-15
• 1.3.3 CFX 软件介绍15
• 1.4 本文的主要工作15-17
• 2 基本理论与数值方法17-26
• 2.1 流动控制方程17-18
• 2.1.1 质量守恒方程17
• 2.1.2 动量守恒方程17
• 2.1.3 RANS 方程17-18
• 2.2 湍流模型18-20
• 2.2.1 k-ε模型18-19
• 2.2.2 k-ω模型19-20
• 2.3 近壁面处理20-22
• 2.3.1 近壁区流动特点20-21
• 2.3.2 壁面函数法21-22
• 2.4 离散化方法22
• 2.4.1 有限体积法22
• 2.5 网格生成技术22-24
• 2.5.1 结构化网格23
• 2.5.2 非结构化网格23-24
• 2.6 边界条件24
• 2.7 本章小结24-26
• 3 船舶阻力与伴流模型试验26-34
• 3.1 阻力的成因及分类26-27
• 3.1.1 船体阻力的成因26
• 3.1.2 船体阻力的分类26-27
• 3.2 阻力相似定律27-29
• 3.3 阻力换算29-30
• 3.3.1 傅汝德换算法29-30
• 3.4 伴流的概念30-32
• 3.4.1 伴流的成因和分类30-31
• 3.4.2 伴流分数31
• 3.4.3 伴流的测定31-32
• 3.5 船模试验32
• 3.5.1 阻力试验32
• 3.5.2 伴流试验32
• 3.6 本章小结32-34
• 4 计及航行姿态影响的高速水面舰船阻力计算34-46
• 4.1 引言34
• 4.2 航行姿态平衡的原理34-35
• 4.3 构建几何模型35
• 4.4 构建计算域和边界条件35-36
• 4.5 网格划分36-38
• 4.6 计算结果分析与验证38-45
• 4.6.1 阻力计算结果与分析38-42
• 4.6.2 压力及波形计算结果分析42-45
• 4.7 本章小结45-46
• 5 船尾流场的数值模拟46-66
• 5.1 引言46
• 5.2 构建几何模型46-47
• 5.3 构建计算域和边界条件47-48
• 5.4 网格划分48-49
• 5.5 计算结果分析与验证49-64
• 5.5.1 湍流模型的适用性50-51
• 5.5.2 阻力计算结果与分析51-52
• 5.5.3 伴流计算结果与分析52-64
• 5.6 本章小结64-66
• 6 总结与展望66-68
• 6.1 全文总结66
• 6.2 研究展望66-68
• 致谢68-69
• 参考文献69-72
• 攻读硕士学位期间发表的论文目录72

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 华汉金,周昭明;高升阻比翼型优化及其节能轴支架设计[J];船舶工程;2003年02期

2 邓锐;黄德波;李佳;;从几种船型阻力的数值计算探讨FLUENT软件[J];船舶工程;2010年02期

3 程明道,张军,徐洁,洪方文,赵峰;水池随车式PIV系统的首次应用[J];船舶力学;1999年02期

4 程明道,舒世华,刘晓东,张建武;应用均匀设计方法优选双臂支架臂角度[J];船舶力学;2001年05期

5 张志荣,赵峰,李百齐;绕船体粘性自由面流动的数值计算(英文)[J];船舶力学;2002年06期

6 蔡荣泉;船舶计算流体力学的发展与应用[J];船舶;2002年04期

7 陈红梅;都绍裘;;超大型集装箱船伴流场试验研究[J];船舶;2006年03期

8 张志麟;王玉兰;;船舶附体节能装置开发研究和实船应用[J];船舶节能;1995年02期

9 计志也;水面舰艇前轴支架的空化问题[J];船舶力学;1998年05期

10 黄胜;单铁兵;;附体对船尾伴流场的影响研究[J];哈尔滨工程大学学报;2008年11期

中国重要会议论文全文数据库 前1条

1 胡健;黄胜;王陪生;;基于CFD的船舶尾部伴流数值计算方法[A];第二十届全国水动力学研讨会文集[C];2007年

中国博士学位论文全文数据库 前1条

1 高霄鹏;舰艇水动力噪声的数值分析与拖曳模测试技术研究[D];上海交通大学;2007年

中国硕士学位论文全文数据库 前6条

1 许辉;小水线面双体船粘性流数值模拟[D];武汉理工大学;2004年

2 丁帼岚;船尾伴流对吊舱推进器水动力性能的影响[D];哈尔滨工程大学;2007年

3 秦江涛;低速肥大船型粘性流数值模拟[D];武汉理工大学;2007年

4 曹洪建;基于FLUENT的滑行艇阻力计算研究[D];哈尔滨工程大学;2008年

5 余建伟;基于CFD的船舶阻力计算与预报研究[D];上海交通大学;2009年

6 刘自浩;涡尾船改型优化设计CFD与试验研究[D];华中科技大学;2012年

  本文关键词：基于CFD的高速舰船阻力与尾部伴流场的数值模拟，由笔耕文化传播整理发布。

本文编号：471172