基于重叠网格方法的三体船耐波性研究

发布时间：2017-08-12 19:02

  本文关键词：基于重叠网格方法的三体船耐波性研究

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【摘要】：耐波性直接影响着船舶在恶劣海况下的作业能力与适航性,是评判船舶性能优劣的重要指标,尤其对于高速船舶更是如此。三体船由于总体性能优越,是备受人们关注的高速船型,研究和分析三体船在波浪中的运动机理和提高三体船的运动性能是具有很重要的意义的。近年来运用实验或者数值方法针对三体船耐波性的研究越来越多,但是运用粘性数值方法来进行计算的还比较少,从这个方面入手是具有一定的学术和工程价值的。本文采用基于重叠网格技术的CFD方法,对三体船在迎浪条件下的运动响应进行数值模拟,分析三体船在频域内的运动特性。首先,本文对一用于实验研究的三体船模型在迎浪条件下的规则波中的运动响应进行数值计算,将纵摇、垂荡等计算结果在频域上与试验值进行对比,对比的结果表明,在高速情况下,垂荡响应幅值的计算值与试验值差距在20%以内；低速情况下,纵摇响应幅值计算值与试验值差距在20%以内,验证了本文使用的CFD方法对三体船在规则波中的运动的数值模拟是比较可靠的。然后,本文对三体船的谐摇运动进行了研究,观察到明显的谐摇现象。接着对三体船与传统船型在耐波性上的区别进行研究,结果发现,三体船在低速情况下的耐波性能与单体船差距不大,但是在高速时,三体船可以有效的降低运动响应幅值,验证了三体船在高速时对于耐波性的改善。计算了不同侧体构型的三体船在波浪中的运动响应,并将计算结果在频域上进行对比,探究了不同航速下侧体位置对于三体船耐波性的影响,并分析了不同侧体构型的三体船在频域内的运动特性。最后,运用正交试验法以耐波性为优化指标对三体船侧体构型进行优化,用直观分析法和方差分析法对计算结果进行分析,得到耐波性最优的构型组合,并分析了纵向位置与横向位置对三体船耐波性影响的显著程度。
【关键词】：高速三体船 耐波性 CFD 重叠网格技术
【学位授予单位】：大连理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：U661.32;U674.951
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-8
• 1 绪论8-14
• 1.1 本论文的研究背景与研究意义8
• 1.2 三体船的性能特点8-9
• 1.3 三体船的发展与研究进展9-11
• 1.4 三体船耐波性研究综述11-13
• 1.5 本文的主要工作13-14
• 2 CFD数值计算的基本理论与方法14-28
• 2.1 计算流体力学简介14
• 2.2 STAR-CCM+简介14-16
• 2.3 控制方程16-18
• 2.3.1 连续性方程16-17
• 2.3.2 N-S方程17
• 2.3.3 RANS方程17-18
• 2.4 湍流模型18-23
• 2.4.1 Realizable k-ε模型19-22
• 2.4.2 SST k-ω模型22-23
• 2.5 离散方法23-24
• 2.6 重叠网格技术24-25
• 2.7 自由液面的模拟25-27
• 2.8 本章小结27-28
• 3 三体船波浪中运动数值验证28-43
• 3.1 造波方法28
• 3.2 频率响应函数28-29
• 3.3 高速三体船模型试验29-31
• 3.4 数值计算31-35
• 3.4.1 几何模型建立31-32
• 3.4.2 计算域选取与边界条件的选择32-33
• 3.4.3 计算网格33-34
• 3.4.4 参数设置34-35
• 3.5 计算结果与分析35-40
• 3.5.1 计算结果35-36
• 3.5.2 计算结果分析36-40
• 3.6 低频纵摇40-41
• 3.7 本章小结41-43
• 4 三体船耐波性数值研究43-58
• 4.1 三体船谐摇分析43-44
• 4.2 三体船与单体船耐波性对比44-47
• 4.3 三体船与常规船型波形图比较47-50
• 4.4 侧体位置对三体船耐波性的影响50-53
• 4.5 可视化分析53-57
• 4.6 本章小结57-58
• 5 三体船侧体构型正交优化设计58-66
• 5.1 正交优化方法58-59
• 5.2 三体船正交优化59-60
• 5.3 计算结果60-62
• 5.4 结果分析62-64
• 5.4.1 直观分析62-63
• 5.4.2 方差分析63-64
• 5.5 本章小结64-66
• 6 结论与展望66-68
• 6.1 结论66
• 6.2 展望66-68
• 参考文献68-70
• 攻读硕士学位期间发表学术论文情况70-71
• 致谢71-72

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本文编号：663112