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原文传递基于CFD的减摇水舱阻尼隔板设计与船舶横摇模拟

论文题名：	基于CFD的减摇水舱阻尼隔板设计与船舶横摇模拟
关键词：	减摇水舱;阻尼隔板;船舶横摇;数值模拟;海洋工程船
摘要：	船舶在波浪中产生的摇荡运动，影响着船舶的使用性能和安全性。其中，横摇的运动显著而影响严重，为了减少船舶在波浪中的摇荡，船上一般都会加装减摇装置，如减摇水舱等。横摇受粘性作用影响，减摇水舱中流动复杂且有强非线性和随机性，目前对此的理论计算还不能用于工程实际。基于CFD的数值模拟方法为解决船舶横摇预报、减摇水舱研究等问题提供了一种新的实现手段。　　本文以一艘海洋工程船为对象，以基于CFD的RANS方法，计入粘性和自由面的影响，通过数值模拟，针对其横摇预报和减摇开展了一系列工作，进行了较为全面的分析研究。　　首先，在探讨了无隔板水舱的晃荡特性后，进行三维矩形平面被动式减摇水舱的阻尼隔板设计，以提高水舱的减摇效果。选取3种舱内液深，设计6种隔板方案，比较了各液深下不同开孔方案的水舱强迫振荡水动力，并分析其减摇效果。讨论了不同的隔板位置和数目对阻尼效果的影响。优选得到的阻尼板方案，在模型试验中最大减摇效果达到65％。之后讨论了不同的周期、幅值、共振、转动中心等对水舱横摇的影响，分析后得到了一些结论和水舱使用的建议。　　其次，模拟了船舶的典型剖面和带附体三维船模的静水中强迫横摇运动，对比剖面和船体的受力，分析横摇阻尼系数，讨论了舭龙骨、横摇周期、幅值等对船舶横摇的影响，得到了一些变化规律和结论;并进行了舭龙骨设计。　　本文所用数值模拟方法能很好地用于强非线性复杂流动问题，对于水舱、船舶的二维或三维振荡，都可以成功的模拟，易于改变模型参数，进行系列设计;并表达流场细节，再现流动情景，预报相关水动力，仿真的准确性能满足要求，对工程应用很有实际意义。　　通过本文的工作得到了以下结论: 　　 1)在本文给出的6种阻尼隔板开孔方案中，减摇水舱的隔板开孔率与其阻尼效果成正比。水舱内液深、隔板的数目和位置选取对阻尼效果有较大影响。　　 2)在一定范围内，有水舱阻尼随周期变大而变大。不同的液深和隔板方案对这一周期范围有影响。　　 3)带隔板水舱的阻尼效果随横摇幅度的增大而增大。　　 4)横摇周期变化时，可调节水舱液深使水舱发生共振，达到最好的阻尼效果。在船吃水变化时，水舱一直发挥着良好的减摇作用，浅吃水时更能提供较大一些的阻尼效果。　　 5)船舶的横摇阻尼随着横摇频率的增大而逐渐增大，近似成线性关系。横摇阻尼随横摇幅值的增大而增大，近似成线性关系。　　 6)安装舭龙骨增大了船舶的横摇阻尼。本船更宜安装较宽而有一定长度的舭龙骨。　　 7)水舱和船舶横摇的无因次阻尼系数B44有明显的尺度效应，随船舶尺度的增加而变大。　　 8)船舶横摇情况一定时，调节减摇水舱液深可以增大水舱的有效减摇区间。
作者：	金萌
专业：	船舶与海洋结构物设计制造
导师：	毛筱菲
授予学位：	硕士
授予学位单位：	武汉理工大学
学位年度：	2013
正文语种：	中文