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基于CFD的船舶破舱流动过程模拟研究
| 论文题名： | 基于CFD的船舶破舱流动过程模拟研究 |
| 关键词： | 船舶破舱;时域模拟;耦合运动;流动特性 |
| 摘要： | 船舶海难事故严重影响人命和船货安全，在船舶设计与打捞救助中，需对受损船舶进行研究，其中，对破损稳性的研究意义重大，同时在船舶破舱流动过程中，还需关注流体运动、舱内液面变化、自由液面波动等现象。本文以计算流体力学（CFD）软件中的Fluent为研究工具，在多种船体破损情况下，对复杂多舱室三维船体进水、某油船实尺度泄油进水进行了全过程的时域模拟研究，同时也模拟研究了破舱孔口流动特性。 首先，本文对数值模拟方法进行建立，在Gambit平台中划分网格，针对不同网格，计算其最佳收敛时间步长，并进行收敛性分析，根据实际情况，设置软件参数，选择合适的流动模型，以建立完整的研究方法。 本文利用上述研究方法，针对箱型船（多舱室）和矩形舱体，进行了固定船舶状态和自由漂浮状态的破舱流动模拟研究，其中，利用VOF方法处理水气自由液面，利用六自由度（Six-DOF）求解器和动网格技术处理船体的纵倾、升沉运动。将研究结果与现有结果验证对比，吻合度高。模拟过程中，可直接观察到舱内液面和船体浮态的变化情况，及水柱喷射等瞬时现象。对自由漂浮状态箱型船进水过程的研究表明，对船体选定一个运动幅度较大的自由度进行模拟，被限制的其它五个自由度对舱内液面和船体浮态影响较小。 本文数值模拟方法可对流量系数作较为准确的估算，模拟计算过程能反应更加真实的流动，流量系数是评估破坏情形的一个重要因素，由于流体力学软件模拟复杂流动受计算速度限制，流量系数可用于显著提高流动过程的快速简化计算的准确性。本文使用Fluent进行破舱孔口流动模拟后，对照实验结果选用了结果良好的计算方法，对模拟结果进行处理，得出流量系数。并在不同情形的孔口中进行了流量系数的研究分析。 最后，本文利用数值模拟方法对油水气三相流进行模拟验证，并对某油船进行了破舱泄油进水模拟分析。结果表明，边舱的设计在一定程度上限制了油的外泄。泄油初期，部分泄油直接由油舱喷入海水，因而加大侧边舱的宽度可能有助于减少油的外泄。在模拟结果中，油船发生横摇和垂荡的幅度相对较小，与运动状态油船相比，固定状态油船泄油量大，进水量小。 |
| 作者： | 李月萌 |
| 专业： | 船舶与海洋结构物设计制造 |
| 导师： | 段文洋 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 哈尔滨工程大学 |
| 学位年度： | 2016 |
| 正文语种： | 中文 |
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