【摘要】：隨著計算機(jī)硬件水平的提升和現(xiàn)代數(shù)值算法的改進(jìn)，船舶性能數(shù)值水池技術(shù)已經(jīng)成為了船舶研究和設(shè)計中不可或缺的重要手段。深入開展船舶性能數(shù)值水池的關(guān)鍵技術(shù)研究并取得突破，對提高我國船舶設(shè)計研發(fā)水平和國際競爭力，促進(jìn)我國船舶工業(yè)的跨越發(fā)展具有重要意義。 目前基于粘流CFD理論的船舶數(shù)值水池技術(shù)，應(yīng)用范圍越來越廣泛，在快速性及耐波性問題中與傳統(tǒng)勢流理論方法相結(jié)合，使得解決船海工程問題的手段更加豐富。本文系統(tǒng)深入的總結(jié)了國內(nèi)外研究現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上，針對船舶快速性和耐波性問題的數(shù)值模擬方法及關(guān)鍵技術(shù)點(diǎn)進(jìn)行研究，充分利用粘流CFD理論和數(shù)值研究的成果，結(jié)合傳統(tǒng)的船舶勢流分析方法的優(yōu)勢，建立了具有理論依據(jù)又計及粘性效應(yīng)的有效方法。 應(yīng)用船/槳全域RANS方法結(jié)合滑移網(wǎng)格技術(shù)計算船槳干擾，通過控制螺旋槳轉(zhuǎn)速預(yù)報船模自航點(diǎn)，依據(jù)CFD數(shù)值計算結(jié)果和船模實(shí)船性能轉(zhuǎn)換關(guān)系進(jìn)行實(shí)船快速性預(yù)報，計算結(jié)果與試驗對比符合較好；基于粘流/勢流耦合方法計算船槳相互作用，即用體積力代替螺旋槳效應(yīng)，應(yīng)用RANS求解器得到槳盤面處的總實(shí)效速度分布,總速度減去螺旋槳自身誘導(dǎo)周向平均速度得到實(shí)效進(jìn)速,根據(jù)實(shí)效進(jìn)速通過面元法重新計算槳受力及誘導(dǎo)速度，再以新的體積力耦合粘流場中計算，實(shí)現(xiàn)了粘流CFD耦合面元法預(yù)報船舶自航性能。 基于RANS方程建立了三維粘性數(shù)值波浪水池，以速度邊界入口給定規(guī)則波速度條件，消波區(qū)采用人工阻尼消波，能夠較好的模擬物理水池規(guī)則波，在此基礎(chǔ)上進(jìn)行了有航速船舶繞射問題的數(shù)值模擬，并得出了波浪載荷預(yù)報結(jié)果；對強(qiáng)制垂蕩和縱搖運(yùn)動進(jìn)行了模擬并計算了船舶縱搖和垂蕩的附加質(zhì)量和阻尼系數(shù)，相關(guān)計算結(jié)果與試驗數(shù)據(jù)對比表明吻合良好。 船舶在海浪中航行，橫搖運(yùn)動是船舶的主要振蕩運(yùn)動形式之一，開展橫搖運(yùn)動預(yù)報方法研究對提高船舶安全性和居住舒適性具有重要意義。目前船舶在波浪中橫搖預(yù)報的理論研究主要是勢流理論，而船舶橫搖阻尼的確定是準(zhǔn)確預(yù)報船舶在波浪中運(yùn)動的關(guān)鍵之一。橫搖運(yùn)動與流體粘性和流動特征密切相關(guān)，考慮粘性影響和非線性特征，對正確計算橫搖阻尼顯得尤為重要。本文結(jié)合動網(wǎng)格技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了三維船舶強(qiáng)迫橫搖、自由橫搖運(yùn)動數(shù)值模擬，根據(jù)得到的受力和運(yùn)動結(jié)果計算出橫搖阻尼系數(shù)，并與試驗結(jié)果進(jìn)行了驗證，從而建立了既有嚴(yán)格的理論依據(jù)又有工程實(shí)用性的三維船體橫搖阻尼計算方法，該方法可以提高船舶波浪中橫搖運(yùn)動預(yù)報精度。
【學(xué)位授予單位】：上海交通大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類號】：U661.7

【引證文獻(xiàn)】

相關(guān)博士學(xué)位論文 前1條

1 石博文;基于現(xiàn)實(shí)海浪譜和CFD的船舶耐波性預(yù)報[D];大連海事大學(xué);2016年

本文編號：2736723