三体船布局对阻力影响的初步研究

论文摘要

本文研究了具有对称侧体的高速排水型三体船的侧体布局对阻力的影响。首先利用Michell积分对侧体位置对兴波阻力影响做初步探讨。对各种速度情况,在上述侧体布局对兴波阻力影响的研究中选取两个典型的傅汝德数,Fr=0.30749和Fr=0.61498,然后用Realizable k-ε涡粘模型数值模拟侧体布局对总阻力的影响。文中利用NURBS曲面拟和6个纵向偏距、5个横向偏距共30个侧体位置的总阻力模拟结果,并做出总阻力随侧体位置变化的等值线。作者把湍流数值模拟的总阻力等值线,压阻力等值线与薄船理论算出的兴波阻力等值线进行比较,分析并讨论三体船侧体位置的布局对总阻力,兴波阻力,粘压阻力的影响。分析结果表明薄船理论计算出的兴波阻力等值线大体上和FLUENT湍流数值模拟的总阻力等值线变化趋势一致,这说明无论是薄船理论还是湍流数值模拟都可以定性地反映侧体布置位置对三体船兴波阻力的影响。通过比较压阻力等值线和兴波阻力等值线可以看出,当侧体的横向偏移较小时,随着侧体位置的变化,兴波阻力和压阻力的变化趋势基本一致,当横向偏移较大时,兴波阻力与压阻力变化趋势有一定的差别,这说明粘压阻力这时变化明显,与兴波阻力变化规律不相同。通过湍流数值模拟得出的侧体位置对阻力的影响的规律和国内外相关文献发表的侧体布局规律一致,这说明利用本文所采用的边界条件、网格生成方法和Realizable k-ε涡粘模型计算侧体位置对总阻力的影响具有一定的可信度,可用于船型的阻力预报估算并且可为三体船阻力性能的研究分析和布局优化分析提供一定的参考和依据。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 课题的目的与意义
• 1.2 高速三体船侧体布局优化研究进展
• 1.3 三体船的阻力研究及船舶CFD的应用进展
• 1.4 湍流数值模拟方法及CFD软件FLUENT
• 1.4.1 湍流数值模拟方法的分类
• 1.4.2 CFD软件FLUENT
• 1.5 本论文的主要工作
• 第2章 基本理论分析
• 2.1 薄船理论公式推导
• 2.2 三体船的Michell积分推导
• 2.3 湍流的基本方程
• 2.4 k-ε湍流模型
• 2.4.1 标准k-ε模型
• 2.4.2 Realizable k-ε模型
• 2.5 壁面函数法
• 2.6 流场的数值解法简介
• 2.7 网格类型的选择
• 2.8 边界条件
• 2.8.1 速度入口
• 2.8.2 压力出口
• 2.8.3 对称面
• 2.8.4 壁面条件
• 2.9 自由表面的数值追踪和模拟方法
• 2.9.1 流体体积函数（VOF）方法
• 2.9.2 流体体积函数C的求解方法简介
• 2.10 本章小结
• 第3章 湍流数值模拟验证和Michell积分算例
• 3.1 引言
• 3.2 数值模拟可行性验证
• 3.2.1 模型的建立和计算域的选取
• 3.2.2 网格的划分
• 3.2.3 边界条件和求解模型的设置
• 3.2.4 结果验证
• 3.3 Michell积分算例验证
• 3.3.1 摩擦阻力的估算
• 3.3.2 形状阻力的估算
• 3.3.3 总阻力的比较
• 3.4 本章小结
• 第4章 侧体布局对三体船阻力性能的影响研究
• 4.1 三体船的船型参数和FLUENT计算控制点的布局
• 4.2 侧体位置变化对阻力的影响
• 4.2.1 FLUENT湍流数值模拟结果
• 4.2.2 薄船理论离散点源的计算结果
• 4.2.3 计算结果分析
• 4.3 侧体位置变化对流场细节的影响
• 4.4 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果
• 致谢