本文關(guān)鍵詞：基于CFD的船舶動態(tài)風(fēng)載荷的建模與仿真

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【摘要】：隨著經(jīng)濟的發(fā)展,人類對海洋的利用越來越多,無論是在資源開采方面,還是船舶航運方面。本著保持良好的船舶運輸速率,以及開采作業(yè)的順利進行的目的,我們對于海洋上船舶或者固體建筑物風(fēng)載荷有必要進行深入的研究,因為對于水線以上體積偏大的船舶,作用在船體上的風(fēng)載荷對船舶的錨泊以及航行有很大的影響。近些年隨著計算機硬件性能的提升,數(shù)值模擬技術(shù)對于船舶載荷的研究優(yōu)勢越來越明顯,并引起這方面研究人員越來越多的關(guān)注。所以本文在FLUENT軟件平臺上,對船舶周圍風(fēng)場作用于船舶造成的影響做了具體研究。本文首先介紹了 CFD技術(shù)的理論基礎(chǔ),總結(jié)出計算流體力學(xué)軟件對于船體周圍風(fēng)場進行模擬時其計算域、網(wǎng)格劃分、邊界條件、物理模型及各個參數(shù)的確定方法。在此基礎(chǔ)上,建立了船舶的水線以上部分的模型,編寫了其邊界條件的程序,成功的對其周圍風(fēng)場、船體表面風(fēng)壓以及阻力進行了模擬,并得出與實際趨勢一致的結(jié)果。最后利用自定義函數(shù)編寫的邊界條件實現(xiàn)了滿足指數(shù)率的風(fēng)速在空間的分布,同時選擇了合理的其它的邊界條件、湍流模型以及計算參數(shù)。在選用RNG k-ε湍流模型時,對近壁面的部分采用壁面函數(shù)法處理,使得流動模擬的過程和實際更加符合。在仿真分析部分對不同風(fēng)速及風(fēng)向角工況下,風(fēng)場具體的內(nèi)部情況做了分析,得出風(fēng)向角對船體的影響更加明顯,接著再對不同風(fēng)向角情況下,船體所受壓力進行了具體分析,得出迎風(fēng)面主要受正壓力,背風(fēng)面或者背風(fēng)側(cè)面主要受負(fù)壓力。另外對動態(tài)風(fēng)進行了仿真模擬,主要是速度大小的連續(xù)改變對船體總受力的影響,然后我們得出改變之前的初始風(fēng)速以及風(fēng)速的增長速率是影響船體所受阻力的兩個因素。
【關(guān)鍵詞】：數(shù)值模擬 風(fēng)載荷體形系數(shù) 船舶風(fēng)載荷 CFD
【學(xué)位授予單位】：大連海事大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：U661.4
【目錄】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-10
• 第1章 緒論10-17
• 1.1 課題的研究背景及意義10-12
• 1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢12-15
• 1.3 課題的主要內(nèi)容15
• 1.4 本章小結(jié)15-17
• 第2章 計算流體力學(xué)理論基礎(chǔ)17-27
• 2.1 流體力學(xué)的基本概念17-19
• 2.1.1 理想流體與粘性流體17
• 2.1.2 牛頓流體和非牛頓流體17-18
• 2.1.3 可壓縮流體與不可壓縮流體18
• 2.1.4 定常流動與瞬態(tài)流動18
• 2.1.5 層流和湍流18-19
• 2.2 流體動力學(xué)控制方程19-21
• 2.2.1 質(zhì)量守恒方程19
• 2.2.2 動量守恒方程19-20
• 2.2.3 能量守恒方程20-21
• 2.3 湍流物理模型21-26
• 2.3.1 標(biāo)準(zhǔn)k-ε湍流模型21-22
• 2.3.2 RNGk-ε湍流模型22-23
• 2.3.3 Realizable k-ε湍流模型23
• 2.3.4 SST k-ω湍流模型23-25
• 2.3.5 四種湍流模型的比較25-26
• 2.4 本章小結(jié)26-27
• 第3章 船舶模型的數(shù)值模擬計算27-42
• 3.1 計算流體動力學(xué)(CFD)簡介27-29
• 3.1.1 CFD軟件求解過程27-28
• 3.1.2 CFD軟件計算模擬概況28-29
• 3.2 實例概況29
• 3.3 幾何建模29-32
• 3.4 計算風(fēng)場的確定32-33
• 3.5 網(wǎng)格劃分33-35
• 3.6 邊界條件的選擇35
• 3.7 湍流模型的選擇35-37
• 3.8 求解器的設(shè)置37
• 3.9 數(shù)值模擬結(jié)果的對比37-41
• 3.10 本章小結(jié)41-42
• 第4章 不同工況風(fēng)載荷的仿真分析42-64
• 4.1 對符合指數(shù)率的風(fēng)載荷的仿真42-52
• 4.1.1 風(fēng)剖面模型描述法42-44
• 4.1.2 運用UDF功能進行仿真44-52
• 4.2 不同風(fēng)向角工況船體所受壓力分析52-57
• 4.3 動態(tài)風(fēng)對船舶載荷影響分析57-63
• 4.4 本章小結(jié)63-64
• 結(jié)論與展望64-66
• 參考文獻66-70
• 附錄70-72
• 致謝72-73
• 研究生履歷73

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本文編號：662595