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仿生体阻力性能分析研究

作　者: 刘明月
导　师: 张志国
学　校: 华中科技大学
专　业: 船舶与海洋结构物设计制造
关键词: 船型阻力性能海豚水滴型潜艇数值模拟曲面曲率
分类号: U661.311
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
下　载: 31次
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内容摘要

船体的阻力性能是影响船舶运行经济性的重要因素之一，通过对船体线型的优化可以大幅度地提高船舶的节能性能。母型改造法是船体线型设计的最初阶段通常采用的方法，此方法是基于型线数据库和设计经验的。随着计算机硬件和船舶计算流体力学的快速发展，CFD（Computational FluidDynamics）技术已经成为船舶水动力性能计算和预报领域的新兴手段，并得到广泛地应用。在基于CFD的船型优化设计过程中，必不可少的是船型的参数化建模，其要求是探求一种灵活有效的方法用于描绘和修改船体几何形状。本文采用曲面的高斯曲率描述艇体的形状信息。海豚有良好的流线型体型，潜艇的设计就来源于人们对鱼和海豚的模仿。首先，本文应用计算流体力学方法对海豚模型的水动力性能进行数值仿真计算，得到海豚周围的流场信息和阻力特性。其次，本文对与海豚模型具有相同长度和排水体积的水滴型潜艇模型，进行了数值模拟，得到水滴型潜艇模型的阻力特性和流场信息。比较两者的阻力性能，结果表明海豚模型的阻力性能并不优于水滴型潜艇。本文的研究说明海豚的低阻力特性主要是受到其特殊的表皮和身体的柔性可以使其边界层大部分处于层流状态的影响，与其外形无关。关于海豚的高速低阻力之谜还有待进一步的仿生研究。最后，应用曲面曲率的计算方法，分别对海豚模型和水滴型潜艇模型的高斯曲率分布进行分析。结合两者的阻力特性，对曲面曲率与阻力性能的关系进行了探讨，为船体线型的优化和仿生研究提供良好的基础。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-9
1 绪论  9-15
  1.1 课题研究背景及意义  9-10
  1.2 船型阻力的国内外研究动态  10-14
  1.3 本文主要研究内容  14-15
2 理论基础和工具  15-21
  2.1 引言  15
  2.2 基于 CFD 数值计算的基本方程  15-17
  2.3 湍流模型及其适用范围  17-19
  2.4 近壁面的处理  19-20
  2.5 本章小结  20-21
3 海豚模型阻力性能研究  21-36
  3.1 引言  21
  3.2 海豚模型的建立  21-25
  3.3 计算域及边界条件设置  25-30
  3.4 海豚模型的阻力性能分析  30-34
  3.5 本章小结  34-36
4 水滴型潜艇阻力性能研究  36-47
  4.1 引言  36
  4.2 水滴型潜艇模型的建立  36-37
  4.3 计算域及边界条件设置  37-40
  4.4 水滴型潜艇的阻力性能分析  40-44
  4.5 海豚模型和水滴型潜艇阻力性能的讨论  44-46
  4.6 本章小结  46-47
5 曲面曲率与船型阻力  47-57
  5.1 引言  47
  5.2 曲面的微分几何概要  47-53
  5.3 曲面曲率与阻力特性分析  53-56
  5.4 本章小结  56-57
6 总结与展望  57-59
  6.1 全文工作总结  57
  6.2 本研究的主要创新点  57-58
  6.3 展望  58-59
致谢  59-64
参考文献  64-68
附录攻读硕士学位期间发表的论文  68

仿生体阻力性能分析研究

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