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基于CFD技术的规则波中船舶参数激励横摇数值模拟研究
| 论文题名： | 基于CFD技术的规则波中船舶参数激励横摇数值模拟研究 |
| 关键词： | 船舶参数横摇;数值模拟;规则波;CFD技术 |
| 摘要： | 船舶参数横摇属于动稳性问题，它极大的威胁船舶海上航运安全。船舶激励参数横摇往往伴随着船舶大幅垂向运动，是复杂的非线性力学问题，其数值模拟手段尚不成熟。目前大多数的船舶参数横摇预报方法是基于势流理论开展的，这些方法进行了理想流体假设以及部分力线性化处理等，对大幅横摇过程中的粘流阻尼、垂向运动和横摇运动之间的复原力动力耦合效应不易很好模拟，本文借助商业CFD求解软件STAR-CCM+，主要从船舶横摇阻尼数值模拟和参数横摇运动数值预报等两方面，对船舶参数激励横摇技术开展了研究。 首先使用重叠网格技术，建立了船体6个自由度自由衰减横摇运动数值求解模型，将数值模拟结果与试验值进行了比较，吻合度高，证明了方法的可行性。接着分析了船体横摇过程中，舭龙骨附近的涡从发展到衰减的演变规律，包括涡的产生、成长、脱落、一分为二以及新涡的生成等，结果与类似试验现象较为相近。然后通过舭部动压力分析探讨了漩涡阻尼的成因，漩涡阻尼伴随着舭部涡的脱落而形成。在此研究基础上，本文采用放开和约束横荡运动的方法深入剖析了横荡与横摇运动的耦合作用，研究工作表明横荡运动会延缓涡的生成及泄落，减小漩涡阻尼，从而间接促进横摇运动。 造波的好坏直接影响到船舶在波浪中运动的数值模拟，本文采用网格收敛测试法对数值造波进行了研究分析，总结了最佳造波方案。接着研究了大幅运动中重叠网格的使用方法，建立了C11集装箱船参数横摇数值求解模型，对一系列规则波工况下船舶迎浪运动进行了数值模拟。结果表明数值模拟结果与试验结果吻合较好，预报精度要好于切片法，同时验证了参数横摇发生的条件及航速等对参数横摇的影响。最后针对目前大波陡下参数横摇数值模拟进行了初步探究，船舶在大波陡下发生参数横摇时，往往伴随着周期性的甲板上浪现象，上浪流体会随着船体横摇而运动，改变了船体横摇进程，增大了横摇幅度，文中通过在船体艏楼处加装挡浪板作为对照，定量研究了甲板上浪对参数横摇的影响。 |
| 作者： | 葛文澎 |
| 专业： | 流体力学 |
| 导师： | 马山 |
| 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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