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动水域测算静水航速修正方法研究

作 者: 曾锋
导 师: 许光祥
学 校: 重庆交通大学
专 业: 港口、航道及近海工程
关键词: 静水航速 数值模拟 VOF方法 船舶阻力 对水航速修正法
分类号: U661.311
类 型: 硕士论文
年 份: 2011年
下 载: 12次
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内容摘要


静水航速是反映船舶快速性的重要指标,其值的准确确定对船舶设计和航道治理中各种急流滩的整治都具有非常重要的指导意义。目前,主要是通过实船试验或船模水池试验来确定其值,实船试验通常是在静水水域中进行,然而对于有些河道,难以寻求到绝对适宜的静水域,故不得不在相对适宜的动水域中进行静水航速试验。随着计算机及船舶计算流体力学的快速发展,计算流体力学的功能越来越强大,越来越多的人开始采用数值模拟的方法来研究船舶的粘性绕流问题。本文采用实船试验和船舶数值模拟以及理论分析等手段,对利用动水域试验成果测算静水航速的方法进行了研究,所做的工作和取得的成果主要有:①依据澜沧江300t级机动驳“华平号”在动水域内进行静水航速测试的实船试验成果,对比了对水航速法、上下水航速平均法获得的初步静水航速,认为对水航速法更适合测算初步静水航速;鉴于初步静水航速未考虑动水域的坡降阻力,提出了阻力平衡法、阻力同比法进行修正以获得实际意义上的静水航速。②应用商业计算流体力学通用软件FLUENT对带自由面的300t级机动驳“华平号”进行了数值模拟,获得了多种工况的船体航行水流阻力。结果表明,FLUENT可以较准确的预报船体摩擦阻力,而总阻力则需要更精确的模型及参数控制才能较好的预报。③根据多工况航行阻力的数值模拟成果,借助推力与阻力的平衡原理,建立了计算船型的实船水流阻力计算式。并据此采用阻力平衡法对初步静水航速进行了修正,结果表明,考虑坡降阻力修正的静水航速,其差值随坡降阻力所占总阻力的比例直线增长。再对比两种修正法,表明在没有详细船型资料情况下,采用简单的阻力同比法修正仍有较高的精度。④初步探讨了下水时船舶的推力与阻力问题,分析认为船舶下水的有效推力计算应与上水有所差异;对重力的坡降分量进行了假定处理,为以后的研究工作提供一定的借鉴。

全文目录


摘要  3-4
ABSTRACT  4-9
第一章 绪论  9-18
  1.1 研究背景及意义  9
  1.2 国内外研究现状  9-17
    1.2.1 摩擦阻力研究  10-11
    1.2.2 粘压阻力研究  11-12
    1.2.3 兴波阻力研究  12
    1.2.4 其他阻力研究  12-14
    1.2.5 实船静水航速测算方法研究  14-15
    1.2.6 数值模拟船舶阻力计算中的应用研究进展  15-17
  1.3 本文的主要工作和研究思路  17-18
第二章 动水域静水航速实船试验  18-30
  2.1 试验内容  18
  2.2 试验概况  18-21
    2.2.1 船型选择  18
    2.2.2 试验水域选择  18-19
    2.2.3 装载试验  19-20
    2.2.4 测试系统安装  20
    2.2.5 试验工况  20-21
  2.3 航迹线的测定  21
  2.4 有效功率测试  21-23
  2.5 静水航速试验  23-28
    2.5.1 对水航速计算  24
    2.5.2 初步静水航速的计算与选用  24-27
    2.5.3 初步静水航速的修正  27-28
  2.6 本章小结  28-30
第三章 船舶数值模拟的基本原理  30-42
  3.1 湍流控制方程  30-33
    3.1.1 连续性方程(质量守恒)  30-31
    3.1.2 N-S 方程(动量守恒)  31-33
    3.1.3 涡粘模型  33
  3.2 湍流模型  33-35
    3.2.1 零方程模型  33-34
    3.2.2 一方程模型  34
    3.2.3 两方程模型  34-35
  3.3 壁面处理  35-36
  3.4 边界条件  36-38
    3.4.1 速度入口  36-37
    3.4.2 流动出口  37-38
    3.4.3 对称边界  38
    3.4.4 壁面条件  38
  3.5 自由面处理(VOF 模型)  38-40
    3.5.1 自由面数值计算方法  38-39
    3.5.2 VOF 模型  39-40
  3.6 数值求解的实现  40-41
    3.6.1 离散方法(有限体积法)  40
    3.6.2 网格划分  40-41
  3.7 本章小结  41-42
第四章 船舶粘性绕流数值模拟计算  42-65
  4.1 FLUENT 软件简介  42-45
    4.1.1 Gambit 简介  42-44
    4.1.2 FLUENT 求解器  44-45
  4.2 建立计算模型  45-51
    4.2.1 Gambit 建模  45-48
    4.2.2 设定控制区域及网格划分  48-51
  4.3 FLUENT 求解设定  51-56
    4.3.1 计算模型选择  52
    4.3.2 设置边界条件参数  52-53
    4.3.3 条件计算控制参数设置  53
    4.3.4 流场初始化  53-54
    4.3.5 迭代设置  54-56
  4.4 计算结果  56-63
  4.5 本章小结  63-65
第五章 动水域静水航速计算  65-78
  5.1 动水域静水航速计算概述  65
  5.2 船舶推力计算  65-69
  5.3 航行阻力计算及修正  69-74
  5.4 静水航速计算  74-77
  5.5 本章小结  77-78
第六章 主要结论与展望  78-80
  6.1 主要结论  78-79
  6.2 研究展望  79-80
致谢  80-81
参考文献  81-85
在校期间发表的论文及取得的科研成果  85
  一、发表的学术论文  85
  二、参加的研究项目  85

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中图分类: > 交通运输 > 水路运输 > 船舶工程 > 船舶原理 > 船舶动力学 > 船舶快速性 > 船舶阻力
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