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基于CFD方法的起重船水动力系数计算

作　者: 黄常青
导　师: 王学林
学　校: 华中科技大学
专　业: 机械设计及理论
关键词: 起重船计算流体动力学水动力系数动网格
分类号: U674.35
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
下　载: 15次
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内容摘要

随着人类对海洋资源开发的不断需求,对海洋起重船的性能如:起重船的起吊能力、抗击风浪的能力、航速等提出了越来越高的要求,这些性能指标都与水动力性能有关。本文首先从流体力学基本理论出发,基于CFD方法和Fluent软件,对流场网格的划分、边界条件的设定、湍流模型的选取进行了讨论。然后采用K ?ε双方程模型对二维方形剖面进行了模拟计算,其中包括方形剖面在无界流场和带自由面波动的流场中的不同运动,计算了不同激励频率、振幅条件下的水动力系数。将计算结果与线性势流解比较,对于低振幅、低频率的激励,势流值和计算结果非常接近。接着建立了起重船的三维模型,包括三维数值水池和起重船模型的网格划分、边界条件设定。对于起重船和数值水池采用区域网格划分,起重船强迫运动采用动网格技术实现,采用数值方法模拟了起重船在升沉、横荡、横摇等运动时相关的水动力系数。对比SMF方法的计算结果,两者验证了本文方法的可行性。最后完成了起重船静水横摇实验,得到起重船模型在固有频率下的附加质量和阻尼系数,将计算结果与实验结果进行比较,验证了本文的计算结果。本文的研究成果表明:通过对起重船水动力系数的数值模拟,证明该方法有很强的现实和实用意义。但是对于起重船这个整体工程的系统化研究,还有很长的路要走。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-8
1 绪论  8-14
  1.1 国内外起重船相关发展现状  8-11
  1.2 船舶水动力数值模拟研究概况  11-13
  1.3 本文的主要工作和意义  13-14
2 起重船水动力计算基本理论和方法  14-22
  2.1 前言  14
  2.2 基本控制方程  14-16
  2.3 N-S 方程的雷诺形式  16-17
  2.4 常用的两种湍流模型  17-19
  2.5 SIMPLE 算法介绍  19-22
3 二维剖面模拟计算  22-33
  3.1 二维剖面水动力学研究  22
  3.2 方形剖面在流场中的升沉运动计算  22-29
  3.3 方形剖面在流场中的横摇运动计算  29-32
  3.4 小结  32-33
4 起重船三维模型水动力数值模拟与测试  33-45
  4.1 引言  33-34
  4.2 三维计算模型和网格划分  34-37
  4.3 起重船水动力系数的计算与分析  37-41
  4.4 船池试验水动力学系数的测试与分析  41-43
  4.5 本章小结  43-45
5 总结与展望  45-47
  5.1 全文总结  45-46
  5.2 展望  46-47
致谢  47-48
参考文献  48-51
附录1 攻读学位期间发表学术论文目录  51

基于CFD方法的起重船水动力系数计算

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