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全垫升式气垫船内部流场的数值模拟与优化研究
| 论文题名： | 全垫升式气垫船内部流场的数值模拟与优化研究 |
| 关键词： | 全垫升式气垫船;围裙气垫系统;越峰能力;囊压比;计算流体动力学 |
| 摘要： | 气垫船是以静态空气压力支撑的一类高性能船舶，是所有船舶中流体动力特性最为复杂的一种船型。以风机、风道、围裙、气垫为基础构成的围裙气垫系统决定了全垫升式气垫船垫升性、稳性、快速性、耐波性与操纵性等各项性能。围裙气垫系统也是气垫船区别于其他船舶的重要结构，是与各项总体性能最密切相关的系统。 本文以在研项目“22客位全垫升式气垫船”作为母型船，对该气垫船的垫升性能进行了规范计算，并分析了围裙气垫系统的主要要素对全垫升式气垫船性能的影响。在保证计算结果精度的前提下对母型船围裙气垫系统进行合理简化并建立三维建模，应用CFD方法对全垫升式气垫船内部流场进行数值模拟计算，将CFD计算结果与规范计算结果进行对比分析，误差均小于7.0％。 利用CFD方法计算分析阻流板的安装位置、导流片的安装位置和曲率对全垫升式气垫船内部流场主要参数的影响，得到了气囊和气垫压力分布、压心位置、总升力、艏艉囊压比以及各部位出口的泄流系数与阻流板的安装位置、导流片的安装位置和曲率之间的关系。 针对本文中母型船越峰能力不足和囊压比低于设计值的问题提出了三种优化方案，包括在气囊中安装阻流板、在风机出口处安装导流片以及同时安装阻流板和导流片，并分别对三种方案进行CFD计算。根据本文的计算结果，在距离风机出口左壁面465mm处的气囊中安装阻流板进行优化能够使囊压比从1.146升高到1.226，提高6.98％，;艏艉囊压比从0.993升高至1.056，提高了6.3％，极大地提高了母型船的越峰能力。在距离风机出口左壁面265mm处安装曲率ρ=1.43的导流片进行优化能够使囊压比从1.146升高到1.235，提高7.77％;艏艉囊压比从0.993升高至1.063，提高7.0％。同时安装阻流板和导流片优化母型船虽然可以提高囊压比和越峰能力，但是由于阻流板和导流片的相互作用，优化结果不易控制，建议单独使用其中一种方式优化全垫升式气垫船内部流场。计算结果表明，本文提出的优化方案能够提高母型船的越峰能力和囊压比，且本文中应用的CFD方法和优化方案为以后全垫升式气垫船的研究提供了参考。 |
| 作者： | 尤忠强 |
| 专业： | 船舶与海洋工程 |
| 导师： | 冯峰;侯德仁 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 哈尔滨工程大学 |
| 学位年度： | 2018 |
| 正文语种： | 中文 |
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