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船舶波浪增阻预报数值方法比较研究
| 论文题名： | 船舶波浪增阻预报数值方法比较研究 |
| 关键词： | 船舶波浪增阻;数值预报;计算流体力学;最小推进功率 |
| 摘要： | 随着能效设计指数EEDI强制实施以限制船舶二氧化碳的排放量，节能低碳变为船舶行业近年来关注的焦点。减小装机功率、航速是满足能效要求最快速有用的方法。在满足能效要求下，国际海事组织提出了船舶最小推进功率来衡量船舶在恶劣海况下保持其操纵性的能力。船舶最小推进功率认证的难点之一在于如何准确计算船舶在恶劣海况中的波浪增阻。CFD方法计算的结果理论上可以反映真实流体的流动。与势流结果相比，CFD方法能够计算较大波陡波浪下的船舶波浪增阻问题。本文采用STAR-CCM+对船舶波浪增阻进行数值预报。 波浪增阻是船舶波浪阻力相对于静水阻力的平均增量。首先对船舶静水阻力进行研究。本文对静水阻力数值模拟的计算域、网格以及时间步长设置进行了收敛性分析。此外由于静水阻力计算中粘性占主导作用，因此还对边界层的设置做了分析研究。采用推荐的静水阻力数值模拟策略，将不同航速以及不同船型的静水阻力数值预报结果与试验值进行比较。阻力预报精度在3％以内，达到了期望的要求。 数值水池造波是船舶耐波性计算的前提。首先对纯波浪数值模拟的计算域、网格以及时间步长设置进行了收敛性分析。由于船舶有航速，因此还需考虑波加流数值模拟。在自收敛性验证纯波浪和波加流工况之后与流函数结果进行比较。结果表明CFD数值造波有衰减，通常需要调大输入波高。 波浪阻力的计算可以选择是否采取重叠网格的方法。在使用重叠网格方法的基础上进行收敛性分析得到数值模拟推荐参数。对KCS的波浪增阻计算发现，在同样的参数设置下，采用重叠网格方法得到的计算结果与试验值吻合良好。但在短波工况下，非重叠网格方法也可用来预报波浪增阻。根据入射波的非线性程度不同，将势流阻力时历结果与CFD进行对比。发现线性波浪下，势流与粘流结果吻合良好。对于弱非线性入射波，在增阻峰值附近的波浪工况下，势流与粘流时历结果差别较为明显。在较大波陡波浪下，势流时历与粘流预报结果差别较大。最后对波浪增阻的计算表明势流方法可以准确预报线性以及弱非线性入射波下的波浪增阻。CFD方法预报的船舶波浪增阻结果与试验吻合良好，不受入射波的非线性影响。 |
| 作者： | 陈永博 |
| 专业： | 力学 |
| 导师： | 赵彬彬 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 哈尔滨工程大学 |
| 学位年度： | 2019 |
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