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船舶航行近场扰动速度势与远场兴波的快速计算方法
| 论文题名： | 船舶航行近场扰动速度势与远场兴波的快速计算方法 |
| 关键词： | 船舶航行;近场扰动;远场兴波;CFD方法;势流边界元 |
| 摘要： | 船舶定常兴波理论是船舶水动力学的基础问题，线性自由表面条件下的兴波问题已有超过百年的研究历史。随着绿色船舶的概念越来越受到人们的关注，如何尽可能准确地计算兴波阻力和航行兴波并为节能减排和船型优化提供依据一直受到各界的广泛关注。本文围绕该问题进行了三个方面的工作。 鉴于泰勒展开边界元方法在处理非光滑边界及角点处较常值面元法或高阶面元法有较高的精度，可以得到更加准确的切向诱导速度，本文将其应用到船舶兴波阻力及航行兴波的计算中，从而无需采用升高面元或配置点前置的方法消除自由面奇点的影响。所编写的计算程序中选择叠模绕流为基本流动，使用差分方法处理自由面条件，在自由面上采用贴水线网格，通过对两种数学船型的计算，验证了计算程序的准确性，并给出了不同航速下的兴波阻力及航行兴波。说明泰勒展开边界元方法能够准确的计算兴波阻力和波高，且具有广泛的适用性。另外，航速较高时，需要考虑航行姿态对兴波阻力的影响，本文通过迭代方法对三种常规船型的航行姿态和兴波阻力进行了计算，结果表明泰勒展开边界元方法可以准确的用于航行姿态及兴波阻力预报，对航速较高船舶的设计和优化具有重要意义。 泰勒展开边界元方法由于需要在自由面上分布奇点，因而无法得到较大范围的远场兴波。对于有航速问题自由面格林函数，计算方法复杂是导致其实用性不足的主要原因。Noblesse在2004年提出了一种适用于有航速下定常兴波和辐射绕射问题的简化格林函数，在远场范围内能准确地描述点源兴波问题。本文研究了定常兴波简化格林函数及其梯度的实用算法。主要对积分限、积分区间的划分以及源点深度与航速傅汝德数等参数的选择规律进行了总结。通过简化格林函数和格林第三公式，根据泰勒展开边界元方法求得的物面速度势计算远场自由面的速度势和波高，克服了泰勒展开边界元计算远场兴波时计算量庞大的问题，相对于粘流 CFD方法与势流边界元方法计算更具优势，可用于船舶远场大面积兴波的快速计算。 |
| 作者： | 黄山 |
| 专业： | 力学 |
| 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： | 2017 |
| 正文语种： | 中文 |
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