三維數(shù)值水池及船舶操縱性水動力數(shù)值計算.pdf

1、從2010年開始，我國在船舶工業(yè)總量上就已超過韓國和日本，成為世界第一。但在科技水平和核心競爭力方面，與發(fā)達國家還有不小的差距，船舶工業(yè)由大到強還有很長的一段路要走。為此，國務(wù)院發(fā)布了《船舶工業(yè)加快結(jié)構(gòu)調(diào)整促進轉(zhuǎn)型升級實施方案(2013-2015年)》，該方案指出開展船舶和海洋工程裝備關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān)，培育提高科技創(chuàng)新能力，對于提高產(chǎn)業(yè)核心競爭力，努力實現(xiàn)船舶工業(yè)由大到強的轉(zhuǎn)變，具有重要的現(xiàn)實意義。船舶CFD技術(shù)是CFD在船舶和海洋工程領(lǐng)域

2、應(yīng)用所產(chǎn)生的高新技術(shù)。近十多年來，隨著高速度、大容量計算機的快速發(fā)展和數(shù)值模擬技術(shù)的進步，采用計算流體動力學(xué)方法解決船舶操縱性問題成為了可能，該方法打破了長期以來完全依靠物理水池去估算船舶水動力性能的傳統(tǒng)，將數(shù)值水池作為一種與試驗水池優(yōu)劣互補、相輔相成的手段應(yīng)用于船舶操縱運動水動力數(shù)值模擬中。
　　本文所做的主要工作有:
　　(1)構(gòu)建了用于研究船舶操縱性的三維數(shù)值波浪水池。采用仿物理造波和純數(shù)值造波兩種造波方法造波，海綿層

3、阻尼消波法消波，構(gòu)建數(shù)值波浪水池，實現(xiàn)數(shù)值波浪水池模擬。從網(wǎng)格尺寸、時間步長和離散格式等多個方面對規(guī)則波的數(shù)值衰減問題進行了分析研究。
　　(2)對影響船舶操縱的舵和螺旋槳進行了水動力數(shù)值研究。研究了不同展弦比，不同厚度比條件，不同雷諾數(shù)下，敞水舵的水動力性能的升力和阻力，并將數(shù)值模擬的結(jié)果與試驗數(shù)據(jù)進行驗證比較，吻合性較好，得到了不同舵角下舵周圍的壓力和速度分布，觀察分析了舵周圍流體的分離現(xiàn)象。以四葉螺旋槳KP458為研究對象，

4、對螺旋槳水動力性能進行研究，得到了不同進速系數(shù)下的螺旋槳的推力系數(shù)和扭矩系數(shù)，繪制了敞水螺旋槳的水動力性能曲線。
　　(3)對船模直航和斜航試驗的操縱運動進行了數(shù)值模擬。計算了帶自由面的DTMB5415船模粘性流場，并將計算結(jié)果與試驗值進行了比較。以KCS船型為研究對象，通過采用“疊?！蹦Ｐ秃蛶ё杂擅娴腣OF方法分別對船模直航運動進行了數(shù)值模擬，并將兩者的計算結(jié)果分別與試驗值進行了比較。通過計算不同航速下帶自由面的KCS船模直航阻

5、力，獲得一系列相應(yīng)的力和力矩等數(shù)據(jù)，采用最小二乘法線性擬合得到了KCS船模直航阻力水動力導(dǎo)數(shù)。將大連海事大學(xué)的實習(xí)船“育鯤”輪作為研究對象，進行了船模直航阻力的數(shù)值模擬，得到了相關(guān)的水動力導(dǎo)數(shù)。以KVLCC2M為研究對象，對船模斜航運動的粘性流場進行了數(shù)值模擬，得到了不同漂角下船舶的側(cè)向水動力系數(shù)和首搖力矩系數(shù)，從而計算了相應(yīng)的水動力導(dǎo)數(shù)。船模直航和斜航試驗的數(shù)值模擬為航海模擬器中采用船舶CFD計算水動力導(dǎo)數(shù)奠定了基礎(chǔ)，為船舶CFD實用