三維數(shù)值水池及船舶操縱性水動(dòng)力數(shù)值計(jì)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(jìng)爭(zhēng)力方面，與發(fā)達(dá)國家還有不小的差距，船舶工業(yè)由大到強(qiáng)還有很長(zhǎng)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(jìn)轉(zhuǎn)型升級(jí)實(shí)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(duì)于提高產(chǎn)業(yè)核心競(jìng)爭(zhēng)力，努力實(shí)現(xiàn)船舶工業(yè)由大到強(qiáng)的轉(zhuǎn)變，具有重要的現(xiàn)實(shí)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(jì)算機(jī)的快速發(fā)展和數(shù)值模擬技術(shù)的進(jìn)步，采用計(jì)算流體動(dòng)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(zhǎng)期以來完全依靠物理水池去估算船舶水動(dòng)力性能的傳統(tǒng)，將數(shù)值水池作為一種與試驗(yàn)水池優(yōu)劣互補(bǔ)、相輔相成的手段應(yīng)用于船舶操縱運(yùn)動(dòng)水動(dòng)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(shí)現(xiàn)數(shù)值波浪水池模擬。從網(wǎng)格尺寸、時(shí)間步長(zhǎng)和離散格式等多個(gè)方面對(duì)規(guī)則波的數(shù)值衰減問題進(jìn)行了分析研究。
　　(2)對(duì)影響船舶操縱的舵和螺旋槳進(jìn)行了水動(dòng)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(dòng)力性能的升力和阻力，并將數(shù)值模擬的結(jié)果與試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行驗(yàn)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(duì)象，

4、對(duì)螺旋槳水動(dòng)力性能進(jìn)行研究，得到了不同進(jìn)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(dòng)力性能曲線。
　　(3)對(duì)船模直航和斜航試驗(yàn)的操縱運(yùn)動(dòng)進(jìn)行了數(shù)值模擬。計(jì)算了帶自由面的DTMB5415船模粘性流場(chǎng)，并將計(jì)算結(jié)果與試驗(yàn)值進(jìn)行了比較。以KCS船型為研究對(duì)象，通過采用“疊?！蹦Ｐ秃蛶ё杂擅娴腣OF方法分別對(duì)船模直航運(yùn)動(dòng)進(jìn)行了數(shù)值模擬，并將兩者的計(jì)算結(jié)果分別與試驗(yàn)值進(jìn)行了比較。通過計(jì)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(dòng)力導(dǎo)數(shù)。將大連海事大學(xué)的實(shí)習(xí)船“育鯤”輪作為研究對(duì)象，進(jìn)行了船模直航阻力的數(shù)值模擬，得到了相關(guān)的水動(dòng)力導(dǎo)數(shù)。以KVLCC2M為研究對(duì)象，對(duì)船模斜航運(yùn)動(dòng)的粘性流場(chǎng)進(jìn)行了數(shù)值模擬，得到了不同漂角下船舶的側(cè)向水動(dòng)力系數(shù)和首搖力矩系數(shù)，從而計(jì)算了相應(yīng)的水動(dòng)力導(dǎo)數(shù)。船模直航和斜航試驗(yàn)的數(shù)值模擬為航海模擬器中采用船舶CFD計(jì)算水動(dòng)力導(dǎo)數(shù)奠定了基礎(chǔ)，為船舶CFD實(shí)用