学位论文 > 优秀研究生学位论文题录展示

实船航速预报方法研究及其集装箱船试航验证

作　者: 顾溟宇
导　师: 王言英
学　校: 大连理工大学
专　业: 船舶与海洋结构物设计制造
关键词: 航速预报船模试验计算流体力学实船试航集装箱船
分类号: U661.31
类　型: 博士论文
年　份: 2013年
下　载: 102次
引　用: 0次
阅　读: 论文下载

内容摘要

随着海上运输对船舶装载量要求的日益增加以及船舶科学技术的不断发展,运输船舶大型化的趋势也在逐渐加快。航速作为一项重要快速性指标,从船舶设计之初直至交船,都受到船厂、船东的高度关注。为了达到设计任务书对航速的要求,在船舶设计阶段,需要实船航速预报方法来预报航速；在船舶建造完工交船前,需要实船航速试验分析方法来检验航速。这两种方法对于船舶设计与建造是必不可少的。因此,有必要对实船航速预报相关问题进行深入研究。目前,航速预报主要有船模试验预报方法和计算流体力学(CFD)预报方法。前者具有较高的预报精度,尽管其耗资高昂且耗时漫长,但至今仍不失为主要的实船航速预报方法。后者随着计算机与计算技术的迅速发展取得了突飞猛进的进步,其应用领域日趋广泛,亦已成为实船航速预报的一种重要辅助手段。航速预报的结果需要通过实船航速试验来检验。实船航速试验方法及对试验数据的分析方法是评价船舶快速性性能和验证航速预报结果准确性的重要手段。本文研究工作主要包括以下四部分：(1)通过船模试验方法预报实船航速重点置于在船模阻力试验三因次尺度效应换算方法中,采用基于能量守恒的兴波阻力系数近似表达式替代1978ITTC方法中的兴波阻力系数近似表达式,根据船模阻力试验结果确定形状因子的方法研究。该方法在1978ITTC方法的基础上,拓展了形状因子计算方法适用的测量速度范围。通过集装箱船实船航速试验结果验证,采用该方法得到的形状因子预报的实船航速较其它常用方法有更高的精度。(2)通过CFD方法预报实船航速重点置于在三因次CFD实船航速预报方法中,采用叠模粘性阻力修正系数,对粘性阻力计算结果中的非粘成分进行修正的修正三因次CFD方法的研究。该方法可以提高船模总阻力系数及形状因子的计算精度。通过集装箱船船模试验和实船试验验证,修正三因次CFD方法的船模总阻力系数计算结果及实船航速预报结果较其它方法更加准确,能够满足工程精度要求。(3)实船航速试验方法研究重点置于在实船试航航速试验测试中,引入AR线性自回归数学模型处理航速记录信息,并给出训练数据时长和航速收敛阈值两个关键参数的推荐值,实现实船航速稳定的自动判断的方法研究。该方法克服了实船航速试验过程中人为因素的干扰,为试验人员判断航速稳定提供依据,同时也为实现实船航速试验的自动化打下基础。多次实船航速试验实际操作验证表明,该方法在3级海况以下,能够实现对航速稳定的预测。(4)实船航速试验数据分析方法研究重点置于根据现有的实船航速试验数据分析方法,归纳总结一套适于船厂实际操作的、合理的实船航速试验数据分析方法的研究。在对船厂、BSRA、ITTC及ISO方法综合分析的基础上,该方法保留了对航速有较大影响的环境因素的修正,选用了较为简单的修正算法。通过21艘同系列集装箱船的106次实船航速试验结果的验证,该方法的分析结果较为准确、合理,可以满足船厂和船东的实际需要。最后,本文给出了《实船航速试验操作与数据分析规程》,可供实船航速试验相关人员参考应用。

全文目录

摘要  4-6
Abstract  6-8
目录  8-16
图表目录  16-21
主要符号表  21-26
1 绪论  26-40
  1.1 论文研究工作的背景和意义  26-28
  1.2 实船航速预报方法国内外研究进展  28-38
    1.2.1 船模试验实船航速预报方法  28-31
    1.2.2 CFD计算实船航速预报方法  31-34
    1.2.3 实船航速试验方法  34-38
  1.3 本文主要研究内容与章节安排  38-40
    1.3.1 本文主要研究内容  38
    1.3.2 章节安排  38-40
2 通过船模试验预报实船航速  40-76
  2.1 引言  40-42
  2.2 船模阻力试验  42-62
    2.2.1 概述  42
    2.2.2 相似准则  42
    2.2.3 试验结果  42
    2.2.4 尺度效应换算方法  42-52
    2.2.5 形状因子计算方法分析  52-61
    2.2.6 实船总阻力系数计算结果  61-62
  2.3 螺旋桨敞水试验  62-66
    2.3.1 概述  62
    2.3.2 相似准则  62
    2.3.3 试验结果  62-63
    2.3.4 尺度效应修正  63-66
  2.4 船模自航试验  66-69
    2.4.1 概述  66
    2.4.2 相似准则  66-67
    2.4.3 试验结果  67
    2.4.4 自航因子计算  67-69
  2.5 通过船模试验预报实船航速方法  69-74
    2.5.1 实船伴流分数计算  69
    2.5.2 实船载荷系数计算  69-70
    2.5.3 实船航速预报结果  70-74
  2.6 结论  74-76
3 通过CFD方法预报实船航速  76-108
  3.1 引言  76-77
  3.2 二因次CFD实船航速预报方法  77-88
    3.2.1 船模试验二因次尺度效应换算方法回顾  77-78
    3.2.2 二因次CFD实船航速预报方法  78
    3.2.3 数学模型及边界条件  78-79
    3.2.4 网格构建  79-85
    3.2.5 船模总阻力系数计算结果  85-88
    3.2.6 小结  88
  3.3 三因次CFD实船航速预报方法  88-100
    3.3.1 船模试验三因次尺度效应换算方法回顾  88
    3.3.2 三因次CFD实船航速预报方法  88-89
    3.3.3 叠模模型数学模型及边界条件  89-90
    3.3.4 叠模模型网格构建  90-93
    3.3.5 叠模模型计算结果  93-95
    3.3.6 整船模型数学模型及边界条件  95-96
    3.3.7 整船模型网格构建  96-97
    3.3.8 整船模型计算结果  97-98
    3.3.9 船模总阻力系数计算结果  98-100
    3.3.10 小结  100
  3.4 修正三因次CFD实船航速预报方法  100-107
    3.4.1 FLUENT阻力分类与船舶阻力分类的关系  100-103
    3.4.2 叠模粘性阻力修正系数  103-104
    3.4.3 修正三因次CFD实船航速预报方法  104-105
    3.4.4 船模总阻力系数及形状因子计算结果  105-107
  3.5 结论  107-108
4 实船航速试验及数据分析方法研究  108-140
  4.1 引言  108-109
  4.2 实船航速试验方法  109-111
    4.2.1 海域选择  109-110
    4.2.2 航向选择  110
    4.2.3 实船状态  110
    4.2.4 测量数据  110
    4.2.5 操作流程  110-111
  4.3 基于AR模型的实船航速预测方法  111-121
    4.3.1 基本思想  112
    4.3.2 数学模型  112-113
    4.3.3 预测过程  113-115
    4.3.4 参数估算  115-120
    4.3.5 预测实例  120-121
    4.3.6 小结  121
  4.4 实船航速试验数据分析方法  121-139
    4.4.1 概述  121-123
    4.4.2 影响因素分析  123-128
    4.4.3 BSRA实船航速试验数据分析方法  128-129
    4.4.4 本文推荐的实船航速试验数据分析方法  129-136
    4.4.5 BSRA、本文推荐方法相关比较  136-139
  4.5 结论  139-140
5 实船航速预报方法相关比较  140-156
  5.1 引言  140
  5.2 相关分析方法  140-142
    5.2.1 功率-转速相关分析方法  140-141
    5.2.2 总阻力系数-伴流分数相关分析方法  141-142
  5.3 船模试验预报结果与实船分析结果相关比较  142-147
  5.4 CFD计算结果与船模试验结果相关比较  147-150
    5.4.1 CFD阻力计算结果与船模阻力试验结果相关比较  147-149
    5.4.2 CFD形状因子计算结果与船模阻力试验计算结果相关比较  149-150
  5.5 CFD预报结果与实船修正结果相关比较  150-155
  5.6 结论  155-156
6 结论与展望  156-158
参考文献  158-170
附录A 实船航速试验操作与数据分析规程  170-176
  A.1 试验目的  170
  A.2 试验数据及相关仪器  170-171
  A.3 试验海域、海况  171
  A.4 测速操作  171-172
  A.5 航速修正  172-175
    A.5.1 实船装载状态计算  172
    A.5.2 实船总阻力计算  172-173
    A.5.3 载荷修正计算  173-174
    A.5.4 流修正计算  174
    A.5.5 浅水修正计算  174-175
    A.5.6 静止空气修正计算  175
  A.6 实船航速试验分析结果  175-176
附录B 攻读博士期间参加的实船试航  176-178
创新点摘要  178-179
攻读博士学位期间科研项目及科研成果  179-180
致谢  180-182
作者简介  182-183

实船航速预报方法研究及其集装箱船试航验证

内容摘要

全文目录

相似论文