基于正交法的三体船侧体典型构型与布局优化方案研究

发布时间：2017-09-09 15:03

  本文关键词：基于正交法的三体船侧体典型构型与布局优化方案研究

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【摘要】：现代高速三体船以其良好的快速性和船舶稳性、优异的阻力性能和宽敞的露天甲板等特点而被广泛研究。三体船侧体的存在提高了船舶稳性,也使得侧体和主体之间的连接部分的可利用甲板面积增大。与等效单体船相比,三体船片体较小,造价较低,性能方面有质的提高,尤其在降低兴波阻力方面有得天独厚的优势。护卫舰一类的高速三体船其主体的修长度系数比类似的单体船要长20%,宽度减少25%,水线面更瘦长,有利于减小兴波阻力。侧体本身线型和侧体位置的布置对船体产生的流场有很大影响,侧体线型的合理设计和侧体位置的合理布置能够使三个片体产生的兴波相互叠加消除,最大程度减小兴波阻力。同时侧体的排水量对船舶摩擦阻力和三个片体之间的兴波干扰也有较大影响。本文对船舶阻力理论及计算方法进行了相关学习,主要包括：经验方法、船模实验和数值模拟方法。其中对CFD (Computional Fluid Dynamics)计算流体力学的数值模拟方法在船舶粘性流场及阻力计算方面的运用进行了重点研究,并基于CFD方法对Wigley船型的绕流场进行数值模拟,将阻力结果和已有的船模实验数据对比分析,得到合适的CFD网格划分方式和相关计算的参数设置,为三体船的数值模拟计算提供参考。在研究了田口正交试验设计方法的基础上,对三体船侧体构型和布局参数：侧体横剖面构型、排水量、横向位置和纵向位置等因素进行参数方案的优化选取,建立了5个因素(包括一个误差项)4个水平的L16(45)正交表,得到共16组试验方案,在保证了方案选取科学性的同时,也极大减少了试验时间和资源消耗。针对16组方案进行数值模拟计算,采用正交设计的极差和方差分析方法对三体船总阻力影响因素及其相关程度进行研究,得到基于最小总阻力的三体船侧体优化参数,探讨了一种三体船侧体参数优化方法。通过对数值水池的相关理论内容学习,重点研究了摇板造波实现方法和源项消波相关技术,进行二维数值水池的数值模拟并收到良好造波效果,在此基础上对Wigley船型在三维规则波中的运动进行数值模拟,验证了三维数值水池的可行性,为今后研究三体船在波浪中的运动奠定基础。
【关键词】：三体船 计算流体力学 田口正交试验设计 侧体参数 数值水池
【学位授予单位】：大连海事大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：U674.951
【目录】：

• 摘要5-7
• Abstract7-12
• 第1章 绪论12-21
• 1.1 课题研究背景及现状12-13
• 1.2 船舶阻力研究概述13-20
• 1.2.1 船舶阻力分类与成因13-15
• 1.2.2 船舶阻力计算方法15-20
• 1.3 论文主要内容和方法20-21
• 第2章 船舶CFD理论基础与方法21-36
• 2.1 前言21
• 2.2 控制方程21-24
• 2.2.1 质量守恒方程22-23
• 2.2.2 动量守恒方程23
• 2.2.3 雷诺时均连续性方程和RANS方程23-24
• 2.3 湍流方程24-27
• 2.3.1 RNGk-ε湍流模型24-26
• 2.3.2 SSTk-ω湍流模型26-27
• 2.4 船体近壁面处理27-28
• 2.5 数值计算方法28-31
• 2.5.1 离散方法28-29
• 2.5.2 离散格式29-30
• 2.5.3 数值计算算法30-31
• 2.6 自由液面处理31-32
• 2.7 船舶边界条件处理32-33
• 2.8 网格划分33-34
• 2.9 本章小结34-36
• 第3章 Wigley船型粘性流场数值模拟36-46
• 3.1 前言36
• 3.2 Wigley船型简介36-37
• 3.3 几何模型和求解条件设置37-41
• 3.3.1 模型的选取和坐标系设置37
• 3.3.2 控制区域及网格划分37-39
• 3.3.3 求解器及边界条件设置39-41
• 3.4 数值计算结果与分析41-44
• 3.5 基于Wigley船型的三体船数值模拟44-45
• 3.6 本章小结45-46
• 第4章 基于正交法的三体船构型与布局方案设计46-59
• 4.1 前言46
• 4.2 正交试验设计方法46-52
• 4.2.1 目标函数和因素水平选取47-48
• 4.2.2 正交表48
• 4.2.3 交互作用表48-49
• 4.2.4 正交试验表头设计49
• 4.2.5 正交设计分析方法49-52
• 4.3 三体船布局方案设计52-58
• 4.3.1 侧体形式及横剖面设计53-55
• 4.3.2 侧体位置布局和排水量设计55-57
• 4.3.3 三体船布局方案设计57-58
• 4.4 本章小结58-59
• 第5章 三体船粘性流场数值模拟计算59-72
• 5.1 前言59
• 5.2 三体船模型前处理59-61
• 5.3 数值模拟结果对比与分析61-71
• 5.3.1 数值模拟结果初步分析61-65
• 5.3.2 总阻力结果的极差和方差分析65-68
• 5.3.3 优化方案的数值模拟68-71
• 5.4 本章小结71-72
• 第6章 波浪中三体船数值模拟初步研究72-83
• 6.1 前言72-73
• 6.2 造波理论73-77
• 6.2.1 摇板造波理论73-76
• 6.2.2 数值消波技术简介76-77
• 6.3 二维数值水池模拟77-80
• 6.3.1 数值水池的前处理设置77-78
• 6.3.2 模拟结果分析78-80
• 6.4 Wigey三体船在规则波中数值模拟80-81
• 6.5 本章小结81-83
• 第7章 总结与展望83-85
• 7.1 总结83-84
• 7.2 展望84-85
• 参考文献85-87
• 致谢87-88
• 作者简介88

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前1条

1 李江华,黄德波;三体船构形与兴波阻力关系研究[J];哈尔滨工程大学学报;2002年01期

中国硕士学位论文全文数据库 前2条

1 张英晟;船舶阻力计算及三体船片体布局优化研究[D];天津大学;2012年

2 尹巍;高速排水型三体船兴波阻力数值计算[D];武汉理工大学;2008年

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本文编号：821121