非定常操縱運(yùn)動(dòng)船體水動(dòng)力數(shù)值計(jì)算.pdf

1、船舶操縱性主要研究的是船舶保持和改變其航速、航向及位置的能力，是船舶重要的航行性能之一，與船舶航行的安全性和經(jīng)濟(jì)性有著密切的聯(lián)系。為了保證船舶航行安全，必須對(duì)船舶操縱性能進(jìn)行預(yù)報(bào)。
　　預(yù)報(bào)船舶操縱性能的一種重要方法是數(shù)學(xué)模型（即船舶操縱運(yùn)動(dòng)方程）加計(jì)算機(jī)模擬的方法，采用該方法，需要確定操縱運(yùn)動(dòng)方程中的水動(dòng)力導(dǎo)數(shù)。目前在確定操縱運(yùn)動(dòng)水動(dòng)力導(dǎo)數(shù)方面，約束模型試驗(yàn)是公認(rèn)為最可靠的方法，該方法由某種機(jī)構(gòu)帶動(dòng)船模在水池中進(jìn)行特定的運(yùn)動(dòng)，同

2、時(shí)測(cè)定作用在船模上的水動(dòng)力和水動(dòng)力導(dǎo)數(shù)，之后建立船舶操縱運(yùn)動(dòng)數(shù)學(xué)模型，并用計(jì)算機(jī)求解數(shù)學(xué)模型，計(jì)算船舶在各種機(jī)動(dòng)下的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，得到用于表征其操縱性的特征參數(shù)。平面運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)(PMM)是約束模型試驗(yàn)中功能較全面的一種試驗(yàn)裝置，它可以測(cè)定各種速度導(dǎo)數(shù)、角速度導(dǎo)數(shù)、加速度導(dǎo)數(shù)和耦合導(dǎo)數(shù)。但是模型試驗(yàn)有其本身的缺點(diǎn)：試驗(yàn)費(fèi)用高、周期長(zhǎng)，不便于改變船型數(shù)據(jù)和船體幾何形狀進(jìn)行操縱性優(yōu)化設(shè)計(jì)，其試驗(yàn)結(jié)果也不宜用于不同浮態(tài)及裝載條件下的操縱性能預(yù)報(bào)，而且

3、尺度效應(yīng)無(wú)法消除。
　　隨著計(jì)算機(jī)科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展，計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)(CFD)技術(shù)應(yīng)用于解決船舶操縱性問(wèn)題已成為可能。通過(guò)應(yīng)用CFD技術(shù)數(shù)值模擬約束模型試驗(yàn)的流場(chǎng)，求得作用在船模上的水動(dòng)力和水動(dòng)力導(dǎo)數(shù)，可以克服試驗(yàn)方法耗時(shí)、費(fèi)用高的缺點(diǎn)，也便于通過(guò)修正船型及操縱裝置對(duì)操縱性進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)；而當(dāng)把 CFD技術(shù)應(yīng)用于實(shí)尺度流場(chǎng)數(shù)值模擬時(shí)，能夠避免尺度效應(yīng)。
　　本文采用CFD方法數(shù)值模擬約束模型試驗(yàn)中PMM試驗(yàn)船體周?chē)恼承粤鲌?chǎng)，

4、計(jì)算船體所受的水動(dòng)力和水動(dòng)力導(dǎo)數(shù)，包括純橫蕩運(yùn)動(dòng)和純首搖運(yùn)動(dòng)；考慮到問(wèn)題的復(fù)雜性，計(jì)算中忽略了自由表面興波、附體、船體浮態(tài)改變等因素的影響。論文以KVLCC1大型油輪為研究對(duì)象，對(duì)深水和淺水中的PMM試驗(yàn)純橫蕩運(yùn)動(dòng)及淺水中的PMM試驗(yàn)純首搖運(yùn)動(dòng)粘性流場(chǎng)進(jìn)行了數(shù)值模擬，計(jì)算了作用在船體上的橫向力和首搖力矩，分析了航速、搖蕩幅值和搖蕩頻率對(duì)水動(dòng)力的影響，并分析討論了非定常操縱運(yùn)動(dòng)船體周?chē)鲌?chǎng)特點(diǎn)；通過(guò)將計(jì)算結(jié)果與現(xiàn)有的試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比，驗(yàn)證