数值流场环境下船舶Z型试验模拟研究

发布时间：2017-09-10 01:34

  本文关键词：数值流场环境下船舶Z型试验模拟研究

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【摘要】：船舶操纵性是船舶重要水动力性能之一,与船舶航行的安全性和经济性密切相关。随着航运业和造船业的迅猛发展,现代化船舶向着大型化,高速化和专业化等方向发展,船舶航行的密度在不断增大,船舶操纵的难度也在不断加大。近年来,由于船舶操纵性原因而导致的碰撞、触底等海难事故时有发生,不仅造成了巨大的经济损失和人员伤亡,而且还严重的污染了海洋环境。为减少和避免因船舶操纵性而发生的海难事故和导致的严重后果,国际海事组织(International Maritime Organization, IMO)在1993年和2002年分别颁布了临时和正式的船舶操纵性标准,对船舶设计阶段的操纵性预报提供了定量的标准要求。至此以后,国际上掀起了对船舶操纵性研究的热潮。近年来,随着计算机科学技术的快速发展和数值模拟方法的不断完善,计算流体力学(Computational Fluid Dynamics, CFD)方法被越来越多地应用于船舶水动力方面的研究。本文基于CFD理论,采用雷诺平均NS(Reynolds averaged Navier-Stokes, RANS)方程作为控制方程,应用SST κ-ω湍流模型结合壁面函数使控制方程封闭；自由面模拟采用单相Level Set方法；螺旋桨模型采用体积力模型；采用重叠网格技术实现结构化网格的划分和船舶6自由度运动；运用有限体积法(Finite Volume Method, FVM)对RANS方程进行离散,并采用PISO (Pressure implicit split-operator,压力隐式算子分割)算法进行耦合求解；对船舶Z形10°/10°操纵试验粘性流场进行数值模拟。本文以大连海事大学教学实习船“育鲲”轮为研究对象,数值模拟Z形10°/10°操纵试验,通过将数值计算结果与实船试验数据相比较,航向、舵角和速度误差均在10%以内,并对自由面波形及船体和舵表面的压力做出了分析。本文所采用的数值方法成功地实现船舶Z形操纵试验的数值模拟,可为进一步研究更为复杂的操纵性问题提供参考和帮助。
【关键词】：船舶操纵 Z形试验 数值模拟 重叠网格
【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】：U661.33
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 第1章 绪论10-15
• 1.1 课题背景及研究意义10-12
• 1.2 国内外研究现状12-14
• 1.3 本文的主要工作14-15
• 第2章 CFD基本理论及数值方法15-36
• 2.1 船舶CFD历史发展及应用15-16
• 2.2 数学建模16-24
• 2.2.1 控制方程16-17
• 2.2.2 湍流模型17-23
• 2.2.3 壁面函数23-24
• 2.3 自由面的数值模拟24-26
• 2.4 数值方法26-31
• 2.4.1 离散方法26-28
• 2.4.2 离散格式28-29
• 2.4.3 PISO算法29-31
• 2.5 重叠网格31-34
• 2.5.1 挖洞的基本原理33-34
• 2.5.2 寻点的基本原理34
• 2.6 船舶6自由度运动求解34-36
• 第3章 数值水池的建立36-47
• 3.1 “育鲲”轮简介36
• 3.2 模型的建立36-41
• 3.2.1 船体模型和舵模型的建立36-37
• 3.2.2 螺旋桨模型37-40
• 3.2.3 计算域模型的建立40-41
• 3.3 网格划分41-45
• 3.4 边界条件的设置45-47
• 第4章 Z形试验数值模拟47-55
• 4.1 计算策略47
• 4.2 计算结果对比及分析47-54
• 4.2.1 航向和舵角47-48
• 4.2.2 航行中速度变化48-49
• 4.2.3 自由面波形49-50
• 4.2.4 压力50-54
• 4.3 误差分析54-55
• 第5章 结论与展望55-57
• 5.1 结论55-56
• 5.2 展望56-57
• 参考文献57-63
• 致谢63-64
• 作者简介64

【引证文献】

中国重要会议论文全文数据库 前2条

1 邹早建;;船舶操纵性研究进展[A];第六届船舶力学学术委员会全体会议专集[C];2006年

2 李亭鹤;阎超;龙尧松;涂正光;;重叠网格自动生成方法研究[A];计算流体力学研究进展——第十二届全国计算流体力学会议论文集[C];2004年

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本文编号：823965