81000DWT散货船波浪载荷与运动响应的数值模拟和分析

论文摘要

随着船舶技术的快速发展,对于船舶线型的多元化、快速性、能效性以及安全性等问题均被提出了高标准的要求。目前,复杂的海洋环境已成为全球大多数运输类船舶不可避免的工作现状,出于对船舶快速性、能效性与安全性等方面的考虑,有关船舶在海上航行时所遭遇的波浪载荷及船舶运动等问题的研究具有着十分重要的意义,这也将是本文研究的重点内容。本文将某 81000 载重吨位散货船(81000 Dead Weight Tonnage Bulk Carrier,81000DWT BC)作为研究对象,运用计算流体力学(CFD)的方法对其周围的流场进行数值模拟,进而分析了研究对象在模拟流场中的阻力、运动及自由液面处流场的分布情况。由于实际的海洋环境是比较复杂多变的,而船舶在海上航行不仅仅只受到波浪的载荷,实际上还会受到风对其给予的载荷,因此根据实际情况将风浪同时作用下引起自由液面的情况考虑在内,采用流体体积(VOF)两相流的方法对自由液面进行追踪和捕捉,并且对处于自由液面下的散货船进行数值模拟和分析。具体过程:首先,本文先从静水下的散货船分别以不同的航速、载况及转角的航行工况入手对其阻力、运动及流场的分布等进行了数值模拟分析,并得出了其阻力随着航速和吃水的增加而增加,同时验证了低傅汝德数船舶在有限的航速内摩擦阻力始终占据着主导地位,以及在不同转角工况下船舶的阻力呈现先增大后减小的现象,当转角为90°时阻力达到了最大的临界值,总阻力几乎全部由入射流体的压阻力所提供,此时的船舶处于危险状态;其次,将散货船由静水域转为波浪域,入口处采用模拟波速法造波、边界进行消波及结合重叠网格技术在规则波中以短、中、长波三种波浪工况对船舶进行了数值模拟,并将其所获得的波浪力与静水阻力进行了对比分析,因此得到了本船在三种波浪工况下航行时波浪载荷下的增阻情况;然后,通过对散货船无因次增阻系数以及垂荡和纵摇的分析,得出了本船在中等波长下的波长船长比λ/L=1.1附近时的垂荡和纵摇随航速及吃水的变化相对显著,同时在此波长工况下散货船的波浪增阻也达到了峰值,由此可以判断本船的波浪增阻主要是由辐射效应所导致的;最后,结合了不同波长工况下的波浪增阻系数随航速及吃水的变化,得到了散货船在不同航速及不同载况下的最大增阻情况。研究表明:改变船舶的航速、吃水及波长均对波浪载荷下的增阻情况有着实际的意义,但影响船舶波浪增阻最直观的因素是中等波长下λ/L的比值,同时合理的控制航速和吃水也可以减小波浪增阻对船舶的影响,从而实现节能减排的成效。

论文目录

摘要

Abstract

1 绪论

1.1 研究课题的背景和意义

1.2 国内外的现状研究分析

1.3 本文主要研究工作内容

2 船舶计算域流场数值模拟的基本原理

2.1 船舶流场计算的研究及意义

2.2 CFD的计算过程

2.3 计算流体力学的控制方程

2.3.1 质量守恒方程

2.3.2 动量守恒方程

2.4 有限体积法的基本理论

2.4.1 有限体积网格的生成

2.4.2 有限体积法的求解过程

2.4.3 离散方程的不同离散格式

2.4.4 离散化的方法

2.4.5 SIMPLE计算法

2.5 湍流模型的数值模拟方法

2.5.1 关于湍流模型的计算理论

2.5.2 湍流模型近壁区域的处理方法

2.5.3 壁面函数法

2.5.4 低Re数k-ε模型

2.6 自由液面的数值模拟方法

2.7 本章小结

3 船舶阻力数值模拟分析

3.1 船舶阻力的划分

3.2 船舶阻力的计算

3.3 船舶阻力与自由度运动的分析

3.4 船舶波浪增阻的分析及影响

3.5 CFD的计算原理

3.6 计算模型

3.6.1 三维船舶数值模型

3.6.2 计算域的选取

3.6.3 网格的划分

3.6.4 设置边界条件

3.6.5 设定求解器

3.7 阻力数值模拟结果及分析

3.7.1 船舶在不同航速下的数值分析

3.7.2 船舶在不同载况下的数值分析

3.7.3 船舶在不同转角下的数值分析

3.8 本章小结

4 规则波下船舶阻力的数值模拟分析

4.1 计算模型

4.1.1 网格的划分

4.1.2 造波及边界条件设置

4.2 阻力数值模拟结果及分析

4.2.1 不同波长工况船舶在不同航速下的数值分析

4.2.2 不同波长工况船舶在不同载况下的数值分析

4.3 本章小结

5 总结与展望

5.1 工作的总结

5.2 研究与展望

参考文献

致谢

作者简介

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 曹旭

导师: 赵勇,张春阳

关键词: 散货船,数值模拟,波浪载荷,波浪增阻,船舶运动

来源: 大连海事大学

年度: 2019

分类: 基础科学,工程科技Ⅱ辑

专业: 力学,船舶工业

单位: 大连海事大学

分类号: U661;O35

DOI: 10.26989/d.cnki.gdlhu.2019.001848

总页数: 83

文件大小: 11098K

下载量: 55

81000DWT散货船波浪载荷与运动响应的数值模拟和分析

论文摘要

论文目录

文章来源

相关论文文献

猜你喜欢