基于CFD的船舶破艙流動過程模擬研究.pdf

1、船舶海難事故嚴重影響人命和船貨安全，在船舶設計與打撈救助中，需對受損船舶進行研究，其中，對破損穩(wěn)性的研究意義重大，同時在船舶破艙流動過程中，還需關注流體運動、艙內(nèi)液面變化、自由液面波動等現(xiàn)象。本文以計算流體力學（CFD）軟件中的Fluent為研究工具，在多種船體破損情況下，對復雜多艙室三維船體進水、某油船實尺度泄油進水進行了全過程的時域模擬研究，同時也模擬研究了破艙孔口流動特性。
　　首先，本文對數(shù)值模擬方法進行建立，在Gambi

2、t平臺中劃分網(wǎng)格，針對不同網(wǎng)格，計算其最佳收斂時間步長，并進行收斂性分析，根據(jù)實際情況，設置軟件參數(shù)，選擇合適的流動模型，以建立完整的研究方法。
　　本文利用上述研究方法，針對箱型船（多艙室）和矩形艙體，進行了固定船舶狀態(tài)和自由漂浮狀態(tài)的破艙流動模擬研究，其中，利用VOF方法處理水氣自由液面，利用六自由度（Six-DOF）求解器和動網(wǎng)格技術處理船體的縱傾、升沉運動。將研究結果與現(xiàn)有結果驗證對比，吻合度高。模擬過程中，可直接觀察到艙

3、內(nèi)液面和船體浮態(tài)的變化情況，及水柱噴射等瞬時現(xiàn)象。對自由漂浮狀態(tài)箱型船進水過程的研究表明，對船體選定一個運動幅度較大的自由度進行模擬，被限制的其它五個自由度對艙內(nèi)液面和船體浮態(tài)影響較小。
　　本文數(shù)值模擬方法可對流量系數(shù)作較為準確的估算，模擬計算過程能反應更加真實的流動，流量系數(shù)是評估破壞情形的一個重要因素，由于流體力學軟件模擬復雜流動受計算速度限制，流量系數(shù)可用于顯著提高流動過程的快速簡化計算的準確性。本文使用Fluent進行破

4、艙孔口流動模擬后，對照實驗結果選用了結果良好的計算方法，對模擬結果進行處理，得出流量系數(shù)。并在不同情形的孔口中進行了流量系數(shù)的研究分析。
　　最后，本文利用數(shù)值模擬方法對油水氣三相流進行模擬驗證，并對某油船進行了破艙泄油進水模擬分析。結果表明，邊艙的設計在一定程度上限制了油的外泄。泄油初期，部分泄油直接由油艙噴入海水，因而加大側邊艙的寬度可能有助于減少油的外泄。在模擬結果中，油船發(fā)生橫搖和垂蕩的幅度相對較小，與運動狀態(tài)油船相比，固