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浅水对KVLCC2快速性及操纵性影响的数值模拟研究
| 论文题名： | 浅水对KVLCC2快速性及操纵性影响的数值模拟研究 |
| 关键词： | 水动力;航行姿态;浅水;操纵性;计算流体力学 |
| 摘要： | 船舶进入浅水水域航行时由于船体与海床、河床之间的水动力相互作用，其水动力性能明显与深水中不同，受力和航行姿态会发生许多变化，因此也会显著影响船舶的快速性和操纵性，进而影响船舶安全，因此准确预报船舶在浅水中的快速性、操纵性并分析水深对其的影响具有重要意义。 计算流体力学（CFD）已经成为研究船舶快速性与操纵性的重要方法。本文以KVLCC2船舶为研究对象，采用粘性流求解器HUST-Ship（HydrodynamicUnsteadySimulationTechnologyforShip）对其在不同水深条件下的快速性及操纵性进行了数值模拟研究。论文首先分别对KVLCC2船舶处于深水及浅水条件下的静水阻力开展了数值不确定度研究，完成了求解器的验证与确认工作。为掌握水深变化对KVLCC2船舶快速性的影响，对其处于五个不同水深下（h/T=1.2、1.5、3.0、8.3和无限水深）的阻力和自航进行了数值模拟（自航仿真时使用迭代型体积力替代离散桨）。研究结果表明，KVLCC2船舶的快速性随着水深单调变化，水深吃水比越小，船舶的阻力、升沉和纵倾越大，自航所需的螺旋桨转速也越大但效率变低。其中总阻力的变化主要来自剩余阻力，极浅水条件下的剩余阻力大约是深水条件下的3倍；与纵倾相比，升沉受水深变化的影响更大，极浅水条件下的升沉幅值大约是深水条件下的3.5倍；极浅水中螺旋桨的转速相较于深水提高了16%。 为掌握水深变化对KVLCC2船舶操纵性的影响，论文运用全结构化重叠网格及移动计算域技术首先对其在浅水中的操纵性进行了数值验证工作。而后，对其在三个不同水深下（h/T=1.2、1.5和3.0）的35°满舵回转及20°/5°Z形操舵进行了数值模拟和分析。仿真结果表明，h/T越小，船舶的回转性能越差，体现在更小的转艏角速度和更大的定常回转直径上，极浅水中的定常回转直径是中等水深中的1.8倍；Z形操舵的结果显示漂角和侧向速度随着水深单调变化，h/T越小则漂角和侧向速度越小，但Z形的超越角和转向滞后不随水深单调变化。 |
| 作者： | 王清 |
| 专业： | 船舶与海洋结构物设计制造 |
| 导师： | 王先洲 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 华中科技大学 |
| 学位年度： | 2022 |
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