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原文传递基于势流及粘流CFD的船舶波浪增阻研究

论文题名：	基于势流及粘流CFD的船舶波浪增阻研究
关键词：	船舶航行;波浪增阻;计算流体动力学;非线性势流理论
摘要：	如今，随着船舶建造技术的不断发展以及我国对海洋事业的日益重视，海上探索任务和海上贸易需求越来越多，不同种类的船舶正运送无以计数的货物及乘客。考虑到无时不刻都有船舶在不同海域航行，复杂的海上交通环境和随时可能出现的恶劣海洋状况使得与船舶有关的事故的可能性比以往任何时候都高。因此研究船舶在恶劣海况中的运动情况对于提高常规船舶在波浪中航行的安全性和保障救助船舶在波浪中的快速性具有重要意义。　　本文对船舶的阻力及计算方法进行了相关学习，主要包括：经验方法、势流理论计算方法、粘流CFD计算方法以及船舶模型试验方法。其中以深远海高技术救助船舶科研项目为背景，以标模KCS（KRISO Container Ship）船和14000kW救助船为研究对象，以非线性势流理论计算方法和粘流CFD计算方法为研究工具，求解标模KCS船和14000kW救助船在不同航速、不同吃水以及不同纵倾角条件下的波浪增阻。　　对于标模KCS船，缩尺比采用λ=37.89，使用非线性势流理论和粘流CFD两种计算方法，计算了其在波长为0.65倍船长、0.85倍船长、1.15倍船长、1.37倍船长、1.95倍船长五种不同规则波工况下的波浪增阻，并将两种数值模拟计算结果与2015年东京研讨会上公开数据进行对比，结果表明两种数值模拟计算方法结果整体比船模试验结果偏高，非线性势流理论计算方法最大误差为3.566%，粘流CFD方法最大误差为3.358%，均在合理误差范围内。　　对于目标14000kW救助船舶，缩尺比采用λ=25，使用非线性势流理论和粘流CFD两种计算方法，计算在空载条件下16.5kn、17kn、17.5kn、18kn四个工况的静水阻力，通过与船模试验对比，粘流CFD方法误差最大值为3.527%，非线性势流理论方法误差最大值为8.059%，粘流CFD计算方法所需时间是非线性势流计算方法的5-8倍。　　将不同计算方法所得结果与船模试验所得结果进行对比分析，从准确性，时效性、可行性等多维度综合考虑，对于需要大量计算的航速对波浪增阻的影响采用非线性势流计算方法，对于需要精确计算的尾倾幅值对波浪增阻的影响选用粘流CFD计算方法。结果表明，随着航速增加，波浪增阻随之变小，增阻系数最小值在18kn航速。随着尾倾增加，波浪增阻系数随之增大。　　以27届ITTC会议提出的失速系数计算方法为基础，选用非线性势流理论计算方法计算救助船在5-7级海况下波浪增阻，结合经验公式法计算船舶风阻，对救助船在恶劣海况条件下失速系数进行研究，结果表明，航速越大海况等级越高失速越严重。　　本文将非线性势流理论计算方法与粘性CFD计算方法研究结合起来，通过对比分析，更加直观的展现出两钟计算方法的优劣性，为波浪中船舶快速性的计算提供了一种新的思路，对于改善船舶的海上航行性能和保障船舶航行安全性提供一定的参考意义。
作者：	尹含
专业：	船舶与海洋结构物设计制造
导师：	张佳宁
授予学位：	硕士
授予学位单位：	大连海事大学
学位年度：	2021