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基于CFD的船型优化及节能附体研究
| 论文题名： | 基于CFD的船型优化及节能附体研究 |
| 关键词： | 船舶设计;船型优化;流体力学;CAD技术 |
| 摘要： | 在当今能源危机和经济危机的状况下，船东们迫切希望对已有船型进行优化来减小船舶阻力和提高船舶推进效率，降低日常运营成本。如何评估一个已知船型的阻力性能对于船型优化优化来说是十分重要的，船舶工程界也一直努力研究如何更加精确的预报船舶阻力。近年来，对船舶节能附体的研究十分火热，对肥大型船只安装船舶节能附体是一种简单有效的节能措施。本文是以一艘肥大型低速船舶为例，以减小船体阻力和提高船桨推进效率为目的，开展局部船型优化和船体附加节能附体的可行性研究。 本研究应用商用CFD软件对船体阻力和船体粘性绕流场进行模拟计算，预报船体阻力等性能，通过比较计算结果选择最优方案进行船模试验，证明CFD数值模拟计算的可靠性，为该类型船的船型优化及建造提供参考意见。使用商业软件CATIA来建立船体几何模型。然后使用前处理软件ICEM对计算域进行网格划分，船体计算域内采用多块结构性网格，对靠近船体外壳的边界层进行网格加密，提高模拟计算精度。首先对某船在设计吃水6.9m状态下的船舶阻力进行CFD数值模拟计算，将计算结果与同状态船模试验结果对比后得出结论，选用SST k-ω湍流模型，来模拟计算原设计船型的船体绕流场，船体阻力计算结果与试验结果误差在3％以内，验证了用CFD数值模拟计算的方法来预报船体阻力的精度很高。然后研究了肥大型船舶的阻力成分及减阻思路，分别对某船的球鼻艏、船体首部型线和船体尾部型线进行型线优化，反复对各种优化方案进行CFD数值计算，结论是选用原球鼻艏形状的同时优化首部线型和改变尾部型线后的新船型的减阻效果很好，在实船航速2kn到15kn的减阻效果达到4%以上，实船航速越高，减阻效果越明显。并对改型船舶进行船模试验验证，证明CFD计算结果误差在2%以内。分析了改型船舶的船型特点，为了达到提高推进效率的目的，确定了改型船型附加前置伴流补偿导管的方案，经过CFD数值模拟计算，从螺旋桨盘面处伴流分布图上清楚的看出前置导管成功的改善了船体尾流场，从尾部流线图清楚的看到前置导管减弱了舭涡的影响。最后通过船模自航试验验证了附加前置导管的改型船舶的船体阻力减小2%到6%，船模推进效率的提高了10%以上。 |
| 作者： | 童骏 |
| 专业： | 船舶与海洋结构物设计制造 |
| 导师： | 孙江龙 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 华中科技大学 |
| 学位年度： | 2015 |
| 正文语种： | 中文 |
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