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船舶精细流场数值模拟及基于PIV的试验研究
| 论文题名： | 船舶精细流场数值模拟及基于PIV的试验研究 |
| 关键词： | 船舶绕流场;超载状态;数值模拟 |
| 摘要： | 随着EEDI（Energy Efficiency Design Index）时代的到来，船舶设计已经不能仅满足围绕着设计工况下进行设计，人们试图寻找一个综合工况（即考虑船舶运输过程中船舶姿态、装载状况、风浪情况等综合性最好的工况），或一种综合的设计（即设计状态船舶可以以较好的状态航行、螺旋桨工作流场环境也较良好等）。同时，真实的船舶航行是自由度完全放开状态的，自由度固定与否对船舶的航行姿态有很大影响，以往的研究往往采用船舶固定进行问题简化模拟，基于以往研究本文基于船舶真实航行状态出发进行问题的模拟与分析。另外，随着船舶工况的改变，船舶的水动力性能随之发生明显的变化，研究重点已经不仅仅是对船舶阻力值或伴流分数进行研究，而是转向由这种显著改变引起流场变化，从流体细节上分析宏观阻力和船尾伴流场的变化。 文章采用CFD方法和水下PIV测量技术，对不同工况下（设计、压载、超载工况、波浪状态（仅进行试验研究）以及自由度放开状态）标准船型3600TEU集装箱船KCS（KRISO）裸船体绕流场、尾部伴流场进行数值预报，并开展PIV试验研究（试验研究包括阻力、运动响应、以及尾流场测量等）。通过对比分析不同工况下船舶的阻力变化，船身附近绕流场不同，船尾伴流场PIV测量值来分析不同工况下船舶的水动力性能，据此研究船舶工况变化对船舶性能的影响大小。 文章着重进行了不同工况下绕流场的细微差距研究，包括阻力值、升沉、纵摇运动响应，自由表面兴波，船身VOF分布，船身流线、船艉伴流场、船身湍流涡结构等。文章首先进行了船舶不同工况下PIV精细流场测量；接着进行了压载、超载等船舶绕流场CFD分析，通过与国际实验值以精细试验值对比分析证明了计算方法的可行性，并系统分析了设计工况与压载、超载工况下船舶水动力性能的异同；最后进行了自由度放开状态下船舶阻力、运动响应的试验研究，并通过应用Overset技术与DFBI模型进行了自由度放开状态下船舶绕流场的模拟，试验与模拟结果吻合性良好。最后，对自由度放开与否进行了系统的流场细节分析。 |
| 作者： | 吴铁成 |
| 专业： | 船舶与海洋结构物设计制造 |
| 导师： | 郭春雨 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 哈尔滨工程大学 |
| 学位年度： | 2015 |
| 正文语种： | 中文 |
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