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基于流体粘性等效的船舶纵向运动响应降阶预报方法
| 论文题名： | 基于流体粘性等效的船舶纵向运动响应降阶预报方法 |
| 关键词： | 船舶动力学;纵向运动;降阶预报法;耐波性能;流体粘性等效 |
| 摘要： | 船舶耐波性是衡量船舶性能是否优越的重要指标，在船舶的初期设计阶段，建立一种能准确快速预报船舶耐波性的方法尤为重要。目前耐波性数值预报方法主要包括势流理论和粘性流理论。势流理论计算速度快，是船舶初期设计阶段最主要的预报方法，但势流理论忽略了流体的粘性，在处理高航速、强非线性问题时有局限性。粘性流理论求解耐波性精度高，能很好地处理强非线性问题，但粘性流理论对计算机要求较高，计算效率低。为了在保证耐波性计算精度的同时，提高船舶耐波性的预报效率，本文利用数值方法和试验方法对船舶耐波性预报方法进行了研究。 首先，提出一种基于修改的波浪力法的船舶耐波性预报方法。与波浪力法相比，修改的波浪力法求解无粘湍流模型，将全流域都设置为力法区域，这样能够提高耐波性的计算效率。接着，使用修改的波浪力法对规则波造波进行了验证，分析了时间步、时间离散格式、自由液面网格加密层数及内部迭代次数对造波精度的影响。考虑非线性因素，对Wigley-Ⅲ标模进行规则波下的耐波性预报，并将上述计算结果与试验结果进行比分析。本文还将该标模在非规则波工况下此方法的计算结果与使用粘性流方法的计算结果进行对比分析。结果表明：该方法可以准确快速地对规则波及非规则波下船舶的运动响应进行计算。但是该方法也有局限性，第一，使用修改的波浪力法进行造波时会产生波浪上漂现象；第二，对势流进行粘性修正时，需人为选取阻尼系数，阻尼修正主观性过大。 针对上述方法的不足，提出一种基于流体粘性等效的船舶纵向运动响应降阶预报方法（Viscosity-equivalent Reduced Order Method，简称VEROM）。在数值造波模拟时，对波高的衰减现象通过增大造波入口处的波高输入来修正，从而避免因全区域力法导致的波浪上漂现象。基于能量耗散等效，通过强迫放大运动获取船舶不同运动响应下的粘性阻尼效应。以DTMB5415船模为研究对象，预报该船型在规则波中迎浪航行的运动响应，并展开拖曳水池模型试验，通过试验测试结果验证数值方法准确性。接着用粘性流方法对DTMB5415在非规则波中航行进行了模拟，并将模拟结果与VEROM计算结果进行了对比。通过研究发现，VEROM也可用于非规则波耐波性的计算。 本文研究结果表明，基于流体粘性等效的船舶纵向运动响应降阶预报方法在保证预报精度的前提下有效提高了计算效率。 |
| 作者： | 张贺 |
| 专业： | 船舶与海洋结构物设计制造 |
| 导师： | 姜宜辰 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 大连理工大学 |
| 学位年度： | 2021 |
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