圆舭型快艇回转横倾角数值模拟初步分析

发布时间：2017-08-21 07:40

  本文关键词：圆舭型快艇回转横倾角数值模拟初步分析

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【摘要】：船舶数值水池是最近几年兴起的利用数字仿真来计算模拟船舶运动受力的一种新手段，其中数值模拟的环境多样性和多种求解技术是其主要的关键技术。 针对圆舭型快艇全速回转时倾斜到一定角度时，，船舶出现加速倾斜的趋势，稳定后的横倾角远远大于理论公式计算的结果，约为理论计算值的3~5倍。利用不同的数值模型和混合网格有限体积法结合对Navier-Stokes方程进行数值求解，建立了基于混合网格的非定常数值离散计算模型及计算方法，编写了数值控制边界条件，计算并分析回转运动的流动特性，探讨了不同的参数变量下回转运动的受力及流体特性和压力中心点的位置变化。 本文利用大型的数值计算软件Fluent对某圆舭快艇进行了数值模拟分析，探讨了回转运动中的受力和力矩以及流场信息。 本文分别采用了两种方法对回转运动中的数值模拟进行了探讨。一种是基于MRF方法，通过转换求解坐标，将流体的离心加速度和科氏加速度变成源项添加到求解方程中求解。该型圆舭快艇航速为11.5kn，全速为13.5kn。我们选取了3、3.5、4、4.5和5倍船长回转半径，和9、12、13、16和19kn及倾角为5、8、11、14、18度时的125个模型，通过数值模拟分析在不同回转半径、航速和横倾角下的船舶受力和横倾力矩的变化关系，比较几种不同湍流模型的差异性和优越性。同时通过查找规范，基于数值模拟结果线性插值和通过辅助作图的方法，通过受力分析计算得到横倾角与规范横倾角的大小，分析压力中心位置随倾角的变化趋势。 第二种是利用动网格重构技术在固定坐标下求解，通过二维模型模拟逐步实现在三维动网格模型和VOF模型实现回转中波浪的对船舶横倾影响，可以弥补MRF方法不能存在自由液面的缺点。在三维动网格模型中，采用表面光滑的局部区域随船舶一起运动的方法，将在不规则的船体表面的网格重构调整到局部域光滑曲面，缓和了动网格模型中节点运动导致的网格质量变差和VOF模型对网格高质量要求之间的矛盾，同时对回转运动中六自由度的运动进行了简单的探讨，指出了实现该运动的难点及切入点。同时研究对两种常见的模拟回转运动的进行了模拟，通过阐述数学原理，设立对比模型通过比对分析两种模型的缺点和可行性，为后面的研究提供参考。
【关键词】：圆舭快艇 动网格 回转 数值模拟 横倾
【学位授予单位】：江苏科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：U661.3
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-8
• 目录8-10
• Contents10-12
• 第1章 绪论12-22
• 1.1 课题研究背景及意义12-13
• 1.2 船舶横倾研究现状13-16
• 1.2.1 静水中船舶横倾研究现状13-14
• 1.2.2 航行中船舶横倾研究现状14-16
• 1.3 船舶性能数值水池技术研究现状16-19
• 1.3.1 船舶性能数值水池技术理论研究的发展16-18
• 1.3.2 船舶性能数值水池技术的研究现状及发展方向18-19
• 1.4 本文研究内容及方法19-22
• 第2章 CFD 数值方法与模型建立22-32
• 2.1 引言22
• 2.2 CFD 软件介绍及步骤分析22-24
• 2.3 CFD 数值模型24-30
• 2.3.1 控制方程24-27
• 2.3.2 湍流模型27-28
• 2.3.3 CFD 模型的离散28-29
• 2.3.4 离散方程求解29-30
• 2.4 本章小结30-32
• 第3章 基于 MRF 方法的数值计算与分析32-60
• 3.1 引言32
• 3.2 控制方程32-33
• 3.3 计算模型建立33-41
• 3.3.1 模型参数33-37
• 3.3.2 网格划分37-39
• 3.3.3 边界条件39-41
• 3.4 数值计算结果与分析41-49
• 3.4.1 不同半径模型数值分析41-45
• 3.4.2 不同倾角模型数值分析45-47
• 3.4.3 不同速度模型数值分析47-49
• 3.5 不同湍流模型对数值模型的影响49-53
• 3.6 船舶受力平衡计算53-58
• 3.7 本章小结58-60
• 第4章 基于动网格模型的水动力数值研究60-72
• 4.1 引言60
• 4.2 计算模型60-61
• 4.2.1 动网格技术60-61
• 4.2.2 控制方程61
• 4.3 二维动网格数值模拟61-63
• 4.4 三维动网格数值模拟63-70
• 4.4.1 三维模型及边界条件63-65
• 4.4.2 数值结果分析65-70
• 4.5 船舶回转六自由度运动数值探讨70-71
• 4.6 本章小结71-72
• 第5章 基于 VOF 模型的数值初步研究72-82
• 5.1 引言72
• 5.2 圆柱绕流模型探讨72-78
• 5.2.1 模型参数及边界条件72-74
• 5.2.2 数值结果分析74-78
• 5.3 滑移网格模型探讨78-80
• 5.3.1 模型参数及边界条件78-79
• 5.3.2 数值结果分析79-80
• 5.4 本章小结80-82
• 结论与展望82-84
• 结论82-83
• 展望83-84
• 参考文献84-88
• 攻读学位期间发表的学术论文88-89
• 致谢89

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

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本文编号：711671