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基于CFD的“育鹏”轮阻力性能研究
| 论文题名： | 基于CFD的“育鹏”轮阻力性能研究 |
| 关键词： | 船舶阻力;计算流体力学;三维模型;重叠网格 |
| 摘要： | 2019年，我国为统筹推进交通强国建设，提出了《交通强国建设纲要》，其中明确指出：推进装备技术升级，交通装备应先进适用，同时需要绿色发展、节约集约、低碳环保。海洋运输占全球贸易总量的80%，为了提高船舶的运输效率、保护海洋环境，船舶快速性的研究至关重要。船舶阻力是影响船舶快速性的重要因素，也是船型设计和优化的重要依据。 船舶阻力性能的研究方法主要分为模型试验、理论研究和数值模拟三大类。模型试验方法是当前最成熟的方法，但是成本高，流场信息和测量精度受限，且存在尺度效应等缺陷。理论研究方法需要大量相关资料，且局限于几何形状简单的船舶。随着计算机技术的进步，计算流体力学（CFD）方法快速发展，与传统方法相比经济性好，高效灵活，已经成为船舶水动力领域的重要研究方法。 本文以“育鹏”轮为例，通过CFD方法对船舶阻力性能进行计算和分析，具体研究内容如下： 首先，应用SolidWorks软件建立船体三维模型，基于STAR-CCM+对“育鹏”轮模型静水中6个航速的船舶阻力进行数值计算，将总阻力、摩擦阻力等结果与模型试验和经验公式进行对比分析，验证模型的建立的、计算区域的选择、网格划分和物理参数设置的合理性。 其次，计算“育鹏”轮不同航速、三种吃水状态下的阻力性能，分析吃水与阻力变化之间的关系。然后，在保持船舶满载吃水不变的情况下，对不同航速和纵倾角度的阻力进行计算，发现通过调节纵倾角度可以改变阻力大小，当船舶采用一定角度的尾倾航行时能减小阻力，起到节能减排的作用。 创建数值波浪水池，结合重叠网格技术模拟了“育鹏”轮在不同波长规则波中的迎浪运动，结合静水阻力的计算结果对船体运动响应和波浪增阻进行计算，研究船体摇荡运动与波长之间的关系。应用半经验公式计算了Fr=0.15和Fr=0.2时的总波浪增阻、辐射增阻和绕射增阻，分析航速和波长对阻力性能的影响，结果表明波长较短时，绕射增阻占绝大部分，而波长中等或较长时，辐射增阻为总波浪增阻的主要成分。对比CFD计算结果，波浪增阻系数的变化规律总体一致。 本文提出的方法可以有效预报船舶的航行阻力，拓宽了对阻力机理的认识，为船舶设计、船舶装载、船舶运营提供一定的指导。 |
| 作者： | 安天圣 |
| 专业： | 交通运输工程 |
| 导师： | 戴冉;刘德新 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 大连海事大学 |
| 学位年度： | 2021 |
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