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船模拖曳水池阻塞效应及修正方法数值与试验研究
| 论文题名： | 船模拖曳水池阻塞效应及修正方法数值与试验研究 |
| 关键词： | 船模阻力;拖曳水池;阻塞效应;修正方法 |
| 摘要： | 船模拖曳水池阻塞效应是阻力试验中无法回避的问题，随着船舶大型化、航速快速化的进程，阻塞效应的影响更明显。水池边界会使拖曳水池阻力试验得到的阻力值大于同傅汝德数下在无限域的值。水池边界效应可分为阻塞效应、浅水效应及侧壁效应。通常的水池（除浅水池外），由于航速限制，浅水效应和侧壁效应影响较小，因此主要研究阻塞效应作用规律，提出合理的修正方法，具有实际作用 目前各大水池的修正方法都是采用ITTC推荐的经验公式进行修正，但是随着船模尺度和航速的增大，异种船舶的研发，原本的修正方法的精度不够，因此必须采用更加准确的方法对阻塞效应进行修正。文章以KCS和DTMB5415为对象，采用CFD技术和拖曳水池试验相结合的手段，探究阻塞效应的作用机理和修正方法。 文中计及升沉和纵摇两个自由度，对KCS计算无限域及1.5％、1.8％、2.2％、3.0％阻塞比的船模阻力，对DTMB5415计算无限域、0.6％、1.5％、2.2％及3.0％阻塞比的船模阻力，另外探究了不同水池宽深比对阻塞效应的影响，在设计工况时将两个模型的阻塞比固定为1.5％，分别计算得到了水池宽深比(b/h)为3/1、2/1和3/2的船模阻力曲线，证明水池的宽度对船模总阻力的影响程度更大，对阻塞效应修正时需要考虑水池宽深比的范围。当水池宽深比在2/1时，推荐斯科特公式和基于平均横剖面积的平均流修正公式作为肥大型船的修正公式，简化田村公式和基于平均横剖面积的平均流修正公式作为瘦长型船的修正公式。通过不同公式对阻力的修正结果对比，证明了各个公式在大阻塞比和大傅汝德数时精度明显不足，因此提出回流速度修正因子，使修正效果更佳。 通过对自由液面、压力分布、船模绕流场的分析，研究阻塞效应的作用规律。阻塞效应使自由液面兴波的波幅变大，同时对瘦长型船模的自由液面波形和船尾兴波有较大影响。阻塞效应使船体边界层附近的轴向速度增大，船舶首部的速度增量要小于船舶尾部的速度增量，并且在船尾处使边界层分离现象更加明显，因此船尾部压力下降大于船首部，最终引起船身下降和尾倾。 论文最后在哈尔滨工程大学船模拖曳水池对三艘不同缩尺比的KCS船模进行了阻力试验，根据数据对改进后的修正方法进行了验证。证明对回流速度二次修正后得到的修正效果更好。 |
| 作者： | 阚梓 |
| 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： | 2017 |
| 正文语种： | 中文 |
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