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高速短肥型船非线性绕流场数值分析

作　者: 吕烈彪
导　师: 朱仁传
学　校: 上海交通大学
专　业: 船舶与海洋结构物设计制造
关键词: 短肥型船高速破波下沉和纵倾非线性绕流场
分类号: U661.3
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
下　载: 41次
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内容摘要

民用三大主力船型中，油船和散货船都是短肥型船，其航速一般较低，绕流场具有非线性。在追求效率和高性能的今天，对短肥型船在高航速下强非线性绕流场的研究，能为短肥型船提高航速提供指导，具有重要的学术意义和工程实用价值。本文总结了短肥型船的特征，系统地整理了船舶CFD在强非线性领域的研究方法和现状，主要从高速船的性能分析和肥大型船CFD方法的探讨两方面进行了总结，建立了适合于短肥型船绕流场模拟的数值方法。在数值船池中有效地模拟计算与验证DTMB5415船绕流场的基础上，分别就方形系数分别为0.60、0.70和0.80的系列60船型进行了模拟计算，分析了方形系数对船体阻力和兴波的影响；对方形系数为0.80的S60船在中高速下的流场特征进行了细致研究分析。研究表明，短肥型船绕流场出现肩首涡、肩首波系和破波等强非线性现象；随速度增大，船型越肥大，阻力性能恶化越快；姿态对总阻力影响大，考虑航行姿态时，船体压阻力增大。本文基于CFD对高速短肥型船非线性绕流场进行了探讨分析，为进一步研究短肥型船绕流及其非线性响应机理奠定了重要的基础。

全文目录

摘要  5-6
ABSTRACT  6-10
第一章绪论  10-23
  1.1 课题研究背景  10-16
    1.1.1 高速短肥型船研究的重要性  10-11
    1.1.2 短肥型船概念  11-15
    1.1.3 短肥型船的速度  15-16
  1.2 船舶 CFD 技术发展历史  16-17
  1.3 水面船舶 CFD 方法综述  17-21
    1.3.1 计算流体力学问题的解决过程  17-18
    1.3.2 计算网格  18-20
    1.3.3 湍流模型  20-21
  1.4 本文的主要工作  21-23
第二章船舶阻力分类与计算  23-29
  2.1 船舶阻力分类[15]  23-24
  2.2 船模阻力计算  24-25
  2.3 破波阻力的尾流测量法[15]  25-28
  2.4 本章小结  28-29
第三章数值船池及其应用  29-40
  3.1 数值船池  29-30
  3.2 控制方程  30
  3.3 湍流模型  30-33
  3.4 自由面数值模拟  33
  3.5 流场计算的 SIMPLE 算法  33-34
  3.6 数值船池在 DTMB5415 绕流场模拟中的应用  34-38
    3.6.1 DTMB5415 船模及其网格划分  34-36
    3.6.2 计算结果  36-38
  3.7 本章小结  38-40
第四章方形系数对船体阻力与兴波的影响  40-53
  4.1 S60 船建模及其网格划分  40-42
  4.2 方形系数对船体阻力的影响  42-46
  4.3 方形系数对船体兴波的影响  46-51
  4.4 本章小结  51-53
第五章短肥型船非线性绕流场分析  53-73
  5.1 计及航行姿态变化短肥型船阻力和姿态预报  53-57
    5.1.1 船模数值模拟中下沉和纵倾的计算  53-54
    5.1.2 船体姿态预报的动网格实现  54
    5.1.3 船体姿态预报  54-55
    5.1.4 船体姿态对兴波阻力的影响  55-57
  5.2 高速短肥型船绕流场非线性特征  57-72
    5.2.1 船体首尾压力分布和速度等值线  57-62
    5.2.2 自由面波形图  62-67
    5.2.3 船首破波  67-69
    5.2.4 船首涡  69-72
  5.3 本章小结  72-73
第六章总结与展望  73-75
  6.1 全文总结  73
  6.2 研究展望  73-75
参考文献  75-80
致谢  80-81
攻读学位期间发表的学术论文  81

高速短肥型船非线性绕流场数值分析

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