半滑行状态游艇艇型优化研究

发布时间：2017-09-25 11:35

  本文关键词：半滑行状态游艇艇型优化研究

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【摘要】：随着游艇产业经济的快速发展，人们对游艇航行性能的要求也越来越高。研究和开发具有优良性能的大型豪华游艇，对于建立我国游艇自有品牌、促进游艇产业的发展具有重要的意义。目前，，大型豪华游艇的航行状态多处于半滑行状态，因此，针对半滑行状态的游艇进行性能研究及艇型优化具有一定的实际应用价值。 本文的主要工作是以一艘62英尺的半滑行状态豪华游艇为研究对象，寻求一种基于CFD技术的阻力预报方法，并对艇型进行优化。 首先，采用CFD商用计算软件FLUENT的前处理软件Gambit建立实艇三维模型，并应用FLUENT，选取湍流模型RNG k-模型，结合VOF模型求解RANS方程，对不同航速下游艇在静水中的直航运动进行了阻力数值模拟计算，再将模拟结果与修正的SIT法和回归公式法的阻力计算结果进行了对比分析，以验证本文数值模拟方法的可靠性。同时，还对半滑行艇航行时的周围流场、艇底压力以及尾流情况进行了探讨和分析。 其次，对影响半滑行状态游艇阻力性能的主要因素进行了探讨和分析，并以改善半滑行状态游艇的阻力性能为目的，应用经验公式结合数值模拟的方法，对游艇主尺度不变，仅改变横向斜升角、重心纵向位置和折角线形状所形成的六个船型方案进行了游艇总阻力计算，同时，对各个船型方案的阻力变化和航行尾流情况进行了比较和分析，得出了阻力性能优良的艇型。 最后，本文采用修正的SIT法建立了船型优化数学模型，利用罚函数法进行了优化计算，通过MATLAB编写阻力计算程序，寻求具有良好阻力性能的最佳艇型。
【关键词】：半滑行游艇 数值模拟 阻力性能 艇型优化
【学位授予单位】：华南理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：U674.91
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-10
• 第一章 绪论10-19
• 1.1 研究背景及意义10-11
• 1.2 半滑行状态游艇综述11-13
• 1.2.1 半滑行状态游艇发展概况11-12
• 1.2.2 半滑行状态游艇的主要特点12-13
• 1.3 国内外研究现状13-17
• 1.3.1 半滑行艇阻力性能研究现状13-15
• 1.3.2 半滑行艇艇型优化研究现状15-17
• 1.4 研究方法及研究内容17-19
• 第二章 半滑行状态游艇阻力计算基本理论与方法19-37
• 2.1 半滑行艇航行过程中的阻力分析19-20
• 2.2 滑行平板流体动力分析20-23
• 2.3 半滑行艇阻力计算半理论半经验方法23-28
• 2.3.1 修正 SIT 法23-27
• 2.3.2 查洁法27-28
• 2.4 回归公式法28-30
• 2.5 数值模拟方法30-35
• 2.5.1 基本控制方程30-33
• 2.5.2 离散化基本方法33-34
• 2.5.3 自由液面模拟方法34-35
• 2.6 本章小结35-37
• 第三章 半滑行游艇阻力数值模拟计算37-59
• 3.1 研究对象37-38
• 3.2 数值模拟计算38-50
• 3.2.1 模型的建立38-39
• 3.2.2 计算状态的选取39-41
• 3.2.3 计算域的选取41-42
• 3.2.4 网格的划分42
• 3.2.5 设置边界条件42-43
• 3.2.6 FLUENT 中的参数设置及模型选择43-45
• 3.2.7 数值模拟计算结果分析45-50
• 3.3 方法对比研究及模型可靠性分析50-57
• 3.3.1 采用修正的 SIT 法估算总阻力50-53
• 3.3.2 采用回归公式法估算总阻力53-56
• 3.3.3 数值模拟方法对比与验证56-57
• 3.4 本章小结57-59
• 第四章 游艇阻力的影响因素分析及其优化59-74
• 4.1 横向斜升角和重心纵向位置对游艇阻力影响分析59-69
• 4.1.1 横向斜升角变化对阻力性能的影响59-61
• 4.1.2 重心纵向位置对阻力的影响61-63
• 4.1.3 艇型优化及数值模拟分析63-68
• 4.1.4 分析与结论68-69
• 4.2 折角线形状对游艇阻力的影响分析69-73
• 4.2.1 原艇及优化艇折角线参数选择69-73
• 4.2.2 折角线对游艇阻力的影响分析及优化结果73
• 4.3 本章小结73-74
• 第五章 基于罚函数的艇型优化74-85
• 5.1 艇型优化方法74-78
• 5.1.1 优化方法74-75
• 5.1.2 罚函数法基本原理75-78
• 5.2 优化模型78-84
• 5.2.1 目标函数78-79
• 5.2.2 设计变量79-80
• 5.2.3 约束条件80-82
• 5.2.4 MATLAB 编程及优化结果82-84
• 5.3 本章小结84-85
• 第六章 总结与展望85-87
• 6.1 总结85-86
• 6.2 展望86-87
• 参考文献87-93
• 攻读硕士期间取得的研究成果93-94
• 致谢94-95
• 附件95

【参考文献】

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本文编号：917068