基于CFD的多组合半球体绕流特征的数值研究

发布时间：2017-09-01 20:25

  本文关键词：基于CFD的多组合半球体绕流特征的数值研究

  更多相关文章： 数值模拟 LNG船舶 船舶风载荷 流场特性 组合半球体

【摘要】：船舶在航行中不仅会受到波浪力的作用,还会受到风载荷的影响,虽然MOSS型LNG船舶上层建筑相互之间对于风载荷影响不可忽略,但是各部分相对独立,具有明显的绕流特性,类似于多组合半球体绕流,通过对多组合半球体绕流特征的数值研究将为研究LNG船舶风载荷的数值方法和网格划分方法奠定坚实的基础,并可以提高LNG船舶风载荷数值预报精度,同时对改进和提升LNG船舶操纵性能和安全航行有重要作用。因此本文基于粘流理论,利用Fluent计算平台,对多组合半球体绕流进行了数值模拟研究。本文对组合半球体进行了三维建模和计算域的设定,为验证选取的网格划分方法和数值方法的可靠性及稳定性,对雷诺数Re=2×106下的半球体绕流进行数值模拟,并将数值模拟结果与风洞试验结果进行对比,确定了网格划分方法和Realizable k-ε湍流模型对组合半球体进行数值模拟。然后以大气边界层指数律模拟现实风场情况,对雷诺数Re=8×106、Re=4×107和Re=7.2×107时的单组合半球体绕流、双组合半球体串列绕流、三组合半球体串列绕流和四组合半球体串列绕流进行了数值模拟研究,得到了多组合半球体绕流特征,并应用此方法对LNG船舶周围风场进行了数值模拟。结果表明,当单组合半球体绕流时,流场特征基本相似,雷诺数变化对回流区宽度和边界层分离点位置影响较小,阻力系数随雷诺数增加而增加;当多组合半球体串列绕流时,流线开始从两组合半球体之间的间隙穿过,从下游组合半球体的另一侧流向下游,大尺度涡依然形成于组合半球体的后半部两侧和背部。大尺度涡的个数不随雷诺数的改变和组合半球体个数的增加而改变。本文讨论的数值模拟方法可以捕捉更多的风场流动细节和瞬态影响,提高数值模拟精度,计算得到的LNG船舶的纵向阻力系数与风洞试验结果更为接近,误差在20%以内。
【关键词】：数值模拟 LNG船舶 船舶风载荷 流场特性 组合半球体
【学位授予单位】：大连海事大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：U661
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-10
• 第1章 绪论10-15
• 1.1 研究背景及意义10-11
• 1.2 国内外研究现状11-13
• 1.3 本文主要工作13-15
• 第2章 组合半球体绕流的基本方程与数值方法15-24
• 2.1 流体动力学控制方程15-16
• 2.2 湍流模型和大涡模拟16-21
• 2.2.1 k-ε模型17-19
• 2.2.2 k-ω模型19-20
• 2.2.3 大涡模拟20-21
• 2.3 数值方法21-23
• 2.3.1 有限体积法21-22
• 2.3.2 SIMPLE算法22-23
• 2.3.3 PISO算法23
• 2.4 本章小结23-24
• 第3章 单组合半球体绕流数值模拟24-40
• 3.1 组合半球体三维建模24-27
• 3.1.1 组合半球体的几何参数24-25
• 3.1.2 计算域的设置25-27
• 3.2 验证试验27-33
• 3.2.1 模型、计算域及网格划分27-30
• 3.2.2 边界条件及数值方法30-31
• 3.2.3 验证试验结果31-33
• 3.3 单组合半球体绕流33-39
• 3.3.1 网格划分33-34
• 3.3.2 边界条件及数值方法34-35
• 3.3.3 单组合半球体数值模拟结果35-39
• 3.4 本章小结39-40
• 第4章 多组合半球体串列绕流数值模拟40-65
• 4.1 双组合半球体串列绕流数值模拟40-45
• 4.1.1 计算域和边界条件40-41
• 4.1.2 不同雷诺数下的流态41-43
• 4.1.3 不同雷诺数下的速度分布43-45
• 4.2 三组合半球体串列绕流数值模拟45-51
• 4.2.1 计算域和边界条件45-47
• 4.2.2 不同雷诺数下的流态47-49
• 4.2.3 不同雷诺数下的速度分布49-51
• 4.3 四组合半球体串列绕流数值模拟51-57
• 4.3.1 计算域和边界条件51-52
• 4.3.2 不同雷诺数下的流态52-54
• 4.3.3 不同雷诺数下的速度分布54-57
• 4.4 阻力影响分析57-61
• 4.5 整船模拟验证61-63
• 4.6 本章小结63-65
• 第5章 结论与展望65-67
• 5.1 结论65
• 5.2 展望65-67
• 参考文献67-72
• 攻读学位期间公开发表论文72-73
• 致谢73-74
• 作者简介74

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本文编号：774236