在船舶水動(dòng)力學(xué)領(lǐng)域,快速性是船舶的一個(gè)重要性能指標(biāo)。船舶快速性直接影響著商船的運(yùn)營(yíng)成本和軍艦的戰(zhàn)斗力及生存能力,為滿(mǎn)足人類(lèi)對(duì)海洋資源開(kāi)發(fā)利用、未來(lái)航運(yùn)業(yè)及海戰(zhàn)的需求,對(duì)軍民用船舶的快速性能提出新指標(biāo)和新要求,因此尋找一種快速有效而精確的方法預(yù)報(bào)船舶快速性能十分重要。船舶快速性能包括船舶阻力性能和推進(jìn)性能兩個(gè)方面。傳統(tǒng)對(duì)船舶阻力性能和推進(jìn)性能的預(yù)報(bào)主要有模型試驗(yàn)方法和基于勢(shì)流的理論方法。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的進(jìn)步和數(shù)值計(jì)算方法的快速發(fā)展,基于粘性流求解雷諾平均N-S方程的RANS法在船舶水動(dòng)力性能設(shè)計(jì)評(píng)估中得到廣泛應(yīng)用,與物理模型試驗(yàn)形成良性的互補(bǔ)和互動(dòng),彌補(bǔ)了勢(shì)流理論忽略粘性對(duì)船體繞流場(chǎng)影響的局限。歐盟于2004年啟動(dòng)虛擬試驗(yàn)水池計(jì)劃,提出全面的船舶水動(dòng)力性能虛擬試驗(yàn)策略架構(gòu),加速船舶RANS法虛擬試驗(yàn)水池技術(shù)的研究進(jìn)程�，F(xiàn)階段國(guó)內(nèi)外基于RANS法虛擬試驗(yàn)水池技術(shù)的船舶快速性預(yù)報(bào)已取得創(chuàng)新性成果,但其在應(yīng)用研究方面與船舶RANS法的長(zhǎng)遠(yuǎn)目標(biāo)還存在較大差距,需要建立更多的數(shù)值計(jì)算方法來(lái)推進(jìn)和完善。本文以船舶RANS法虛擬試驗(yàn)水池技術(shù)為基礎(chǔ),系統(tǒng)地建立了用于求解船體總阻力、興波阻力、組合推進(jìn)裝置...

【文章頁(yè)數(shù)】：216 頁(yè)

【學(xué)位級(jí)別】：博士

【文章目錄】：
摘要
ABSTRACT
主要符號(hào)表
1 緒論
    1.1 研究背景與意義
    1.2 船舶快速性研究方法
        1.2.1 阻力性能相關(guān)理論研究進(jìn)展
        1.2.2 推進(jìn)性能相關(guān)理論方法回顧
        1.2.3 組合推進(jìn)裝置理論與試驗(yàn)研究
    1.3 船舶RANS法水動(dòng)力研究簡(jiǎn)介
        1.3.1 船舶RANS法發(fā)展歷程
        1.3.2 船舶RANS法快速性研究進(jìn)展
    1.4 論文研究目標(biāo)與內(nèi)容
    1.5 論文章節(jié)安排
2 船舶RANS法的理論基礎(chǔ)
    2.1 引言
    2.2 流體動(dòng)力學(xué)控制方程
        2.2.1 質(zhì)量守恒方程
        2.2.2 動(dòng)量守恒方程
        2.2.3 RANS方程
    2.3 湍流模型
        2.3.1 湍流模型簡(jiǎn)介
        2.3.2 Standard k -ε湍流模型
        2.3.3 Realizable k -ε湍流模型
        2.3.4 Standard k -ω湍流模型
        2.3.5 SSTk-ε湍流模型
        2.3.6 RSM湍流模型
    2.4 湍流模型壁面區(qū)處理
        2.4.1 壁面區(qū)流動(dòng)特點(diǎn)
        2.4.2 壁面函數(shù)法
    2.5 離散方法
        2.5.1 有限體積法基本思想
        2.5.2 有限體積法網(wǎng)格簡(jiǎn)介
        2.5.3 控制方程離散格式
    2.6 邊界條件
        2.6.1 流動(dòng)進(jìn)口邊界條件
        2.6.2 流動(dòng)出口邊界條件
        2.6.3 對(duì)稱(chēng)邊界條件
        2.6.4 壁面邊界條件
    2.7 本章小結(jié)
3 基于RANS法船體總阻力預(yù)報(bào)
    3.1 引言
    3.2 自由表面處理方法
    3.3 RANS法不確定度分析
        3.3.1 RANS法不確定度概念及理論基礎(chǔ)
        3.3.2 RANS法檢驗(yàn)
        3.3.3 RANS法有效性驗(yàn)證
        3.3.4 RANS法網(wǎng)格收斂性研究
    3.4 船體計(jì)算網(wǎng)格研究及不確定度分析
        3.4.1 漁船阻力試驗(yàn)
        3.4.2 漁船數(shù)值水池模型
        3.4.3 網(wǎng)格基本尺寸變化計(jì)算研究
        3.4.4 邊界層第一層網(wǎng)格高度計(jì)算研究
        3.4.5 船體阻力不確定度分析
    3.5 湍流模型適用性研究
    3.6 船體阻力數(shù)值計(jì)算結(jié)果
        3.6.1 數(shù)值計(jì)算結(jié)果分析
        3.6.2 流場(chǎng)數(shù)值分析
        3.6.3 自由面波高及波形分析
    3.7 本章小結(jié)
4 基于Rankine源和三因次RANS法的船體興波阻力計(jì)算
    4.1 引言
    4.2 Rankine源法基本原理
        4.2.1 Rankine源法數(shù)學(xué)模型
        4.2.2 線(xiàn)性化自由面邊界條件
        4.2.3 方程離散
        4.2.4 興波阻力計(jì)算
    4.3 三因次RANS法
        4.3.1 船體阻力劃分
        4.3.2 船模與實(shí)船的總阻力換算方法
        4.3.3 三因次RANS法計(jì)算步驟
    4.4 計(jì)算船型
        4.4.1 Wigley船型參數(shù)
        4.4.2 S60船型參數(shù)
    4.5 Rankine源法網(wǎng)格劃分及計(jì)算流程
        4.5.1 Rankine源法網(wǎng)格劃分經(jīng)驗(yàn)
        4.5.2 Wigley船和S60船的網(wǎng)格劃分
        4.5.3 Rankine源法程序計(jì)算流程
    4.6 三因次RANS法數(shù)值前處理
        4.6.1 數(shù)值水池模型
        4.6.2 網(wǎng)格劃分及邊界條件設(shè)置
        4.6.3 數(shù)值分析方法
    4.7 兩種計(jì)算方法數(shù)值結(jié)果分析
        4.7.1 Wigley船數(shù)值結(jié)果分析
        4.7.2 S60船數(shù)值結(jié)果分析
        4.7.3 興波波形分析
    4.8 本章小結(jié)
5 基于RANS法的船舶推進(jìn)裝置水動(dòng)力性能預(yù)報(bào)
    5.1 引言
    5.2 船舶推進(jìn)裝置三維模型的建立
        5.2.1 三維模型創(chuàng)建的基本原理
        5.2.2 三維模型的創(chuàng)建方法
    5.3 單槳水動(dòng)力性能數(shù)值預(yù)報(bào)
        5.3.1 模型基本參數(shù)
        5.3.2 數(shù)值回歸驗(yàn)證
        5.3.3 數(shù)值前處理
        5.3.4 湍流模型數(shù)值結(jié)果分析
        5.3.5 RANS法不確定度分析
    5.4 轂帽鰭水動(dòng)力性能參數(shù)研究
        5.4.1 模型基本參數(shù)
        5.4.2 數(shù)值前處理
        5.4.3 計(jì)算結(jié)果分析
        5.4.4 流場(chǎng)分析
    5.5 串列螺旋槳水動(dòng)力性能參數(shù)研究
        5.5.1 模型基本參數(shù)
        5.5.2 數(shù)值前處理
        5.5.3 串列螺旋槳數(shù)值結(jié)果驗(yàn)證
        5.5.4 串列螺旋槳參數(shù)匹配研究
        5.5.5 串列螺和單槳敞水性能比較
        5.5.6 尾流場(chǎng)分析
    5.6 對(duì)轉(zhuǎn)螺旋槳水動(dòng)力性能參數(shù)研究
        5.6.1 模型基本參數(shù)
        5.6.2 數(shù)值前處理
        5.6.3 對(duì)轉(zhuǎn)槳計(jì)算公式
        5.6.4 CRP模型數(shù)值驗(yàn)證
        5.6.5 不同槳距比數(shù)值結(jié)果分析
        5.6.6 不同直徑比數(shù)值結(jié)果分析
        5.6.7 對(duì)轉(zhuǎn)槳和單槳敞水性能比較
        5.6.8 尾流場(chǎng)分析
    5.7 本章小結(jié)
6 基于RANS法的實(shí)船功率性能及航速預(yù)報(bào)研究
    6.1 引言
    6.2 船舶快速性預(yù)報(bào)的EFD法
        6.2.1 螺旋槳模型敞水試驗(yàn)
        6.2.2 船模阻力試驗(yàn)
        6.2.3 船模自航試驗(yàn)
    6.3 螺旋槳模型敞水試驗(yàn)數(shù)值模擬
        6.3.1 模型基本參數(shù)
        6.3.2 模型及網(wǎng)格劃分
        6.3.3 不確定度分析
        6.3.4 計(jì)算結(jié)果分析
    6.4 船模阻力數(shù)值計(jì)算
        6.4.1 模型基本參數(shù)
        6.4.2 數(shù)值水池模型
        6.4.3 數(shù)值結(jié)果分析
        6.4.4 自由面波形分析
    6.5 船模自航數(shù)值模擬
        6.5.1 模型及網(wǎng)格劃分
        6.5.2 船模自航RANS法
        6.5.3 船模自航因子分析
        6.5.4 波形及尾流場(chǎng)分析
    6.6 實(shí)船快速性預(yù)報(bào)結(jié)果分析
        6.6.1 實(shí)槳敞水性能預(yù)報(bào)結(jié)果
        6.6.2 實(shí)船阻力性能預(yù)報(bào)結(jié)果
        6.6.3 實(shí)船功率性能及航速預(yù)報(bào)結(jié)果
    6.7 本章小結(jié)
7 結(jié)論與展望
    7.1 結(jié)論
    7.2 創(chuàng)新點(diǎn)
    7.3 展望
參考文獻(xiàn)
攻讀博士學(xué)位期間科研項(xiàng)目及科研成果
致謝
作者簡(jiǎn)介



本文編號(hào)：3848536