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基于全结构化重叠网格的喷水推进艇快速性数值仿真研究
| 论文题名： | 基于全结构化重叠网格的喷水推进艇快速性数值仿真研究 |
| 关键词： | 喷水推进艇;快速性;数值仿真;全结构化重叠网格 |
| 摘要： | 喷水推进是利用喷射水流的反作用力驱动船舶前进的推进方式，由于其高速时效率较高的特点，在高速船舶中应用较为广泛，但由于喷水推进船舶流道内外流动和船舶姿态相互耦合，流动较为复杂，引起各国学者广泛的兴趣。 本文采用自研粘性流CFD软件HUST-Ship(Hydrodynamic Unsteady Simulation Technology for Ship)开展了喷水推进高速艇快速性直接计算及“船-泵”相互作用研究。自研软件HUST-Ship采用有限差分法对SST?????湍流模型和URANS方程等进行数值离散，采用全结构化的重叠网格技术对流体域进行空间离散，压力速度耦合求解方法采用PISO算法，自由液面捕捉方法采用单相水平集（level-set）方法，采用基于PID控制的描述性体积力方法完成转速-航速的匹配，空间流场与六自由度（6DOF）运动方程耦合求解来预报高速船的姿态。论文主要研究工作如下： （1）建立了基于全结构化重叠网格的喷水推进艇快速性直接计算及船与泵相互作用的分析方法； （2）以标模Delft372喷水推进双体船为研究对象，开展了静水阻力不确定性研究，通过对比傅汝德数Fr=0.15~0.7的静水阻力和运动姿态的计算结果和试验结果，验证了计算方法的有效性及稳定性； （3）采用动量通量法对喷水推进系统的水动力性能仿真研究，包括喷水推进器的敞水性能研究及喷水推进进水流道效率计算； （4）开展了不同航速下喷水推进艇的自由自航仿真，通过PID控制，自动匹配航速-转速，获取推进器的流量与扭矩特性，建立“船-泵”相互影响因子预报方法。 研究结果表明：基于动量通量法的喷水推进器性能预报方法可用于喷水推进器敞水性能预报；基于全结构化重叠网格和多自由度运动耦合求解的快速性直接计算方法可以准确地预报喷水推进艇的快速性；“船-泵”相互作用主要表现在船尾边界层特性对喷水推进器流道入口流速的影响以及推进器对船舶艉部压力分布的影响。 |
| 作者： | 张航 |
| 专业： | 船舶与海洋结构物设计制造 |
| 导师： | 冯大奎 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 华中科技大学 |
| 学位年度： | 2021 |
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