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原文传递船舶过丁坝水动力特性研究

论文题名：	船舶过丁坝水动力特性研究
关键词：	丁坝区;船舶航行;水动力特性;数值模拟
摘要：	丁坝作为常见的水工建筑物在长江等航道分布广泛，其周围的流场会出现较强的三维紊流特性，船舶在此区域航行时，如果遇到复杂的水流环境或者驾驶者操纵不当，会给船舶的安全航行带来隐患，严重时可能导致安全事故。且随着水路运输的发展，船舶的数量及吨位也在增长，这一现状使得船舶在通过丁坝时往往都处于限制水域内，船舶航行时风险因素增多，导致船舶在丁坝区通行时安全有效的操纵空间变得越来越局限。因此，有必要对船舶通过丁坝时的水动力变化特性进行相关的研究。　　本文以某集装箱船型和单个直丁坝为研究对象，利用计算流体力学商业软件STAR-CCM+，通过求解RANS方程，对船舶在丁坝区固定点位及驶过丁坝时的水动力特性进行了数值模拟。　　首先，为了验证本文数值模型的可靠性，分别对单个直丁坝绕流的流场特性以及船舶的敞水阻力进行了数值模拟，并与试验数据进行对比验证，证明了网格划分、湍流模型选择及其他参数设置的合理性。　　然后，将水流流速及船舶在丁坝区的位置作为作为研究变量，对船舶在丁坝区固定位置处的水动力特性及丁坝区三维水流特性进行模拟分析，得出船舶在丁坝区固定位置处的受力及姿态变化规律，并结合特定工况分析了船舶与丁坝之间的耦合复杂黏性流场。同时，采用重叠网格技术，以水流流速、船舶航速作为研究变量，对船舶驶过丁坝的动态过程进行了数值模拟，分析了船舶横向力、纵向力及转艏力矩的变化特性，并得到了船舶的横摇、纵摇、升沉的姿态变化。总结出了运动船舶沿固定航线在丁坝区行驶时的非定常水动力和运动特性。本文的研究结果表明，船舶在驶过丁坝区时，在丁坝轴线前后一倍船长的范围内船舶受力及航行姿态变化最为显著，且在此范围内船舶水动力特性变化复杂，船舶在通过该区域时应及时采取避让措施，避免对船舶的安全航行来带不利影响。　　本文通过数值模拟的手段，对船舶驶过丁坝区时水动力特性进行预报，并精细化捕捉船舶及丁坝附近的粘性流场。其中，利用重叠网格的技术实现了船舶运动驶过丁坝，能够得到船舶驶过丁坝时较为精准的水动力数据，同时能够大幅节省计算资源并提升计算效率，为同类型的数值研究及船舶在限制水域中的安全通航提供参考。
作者：	黄浩东
专业：	机械
导师：	冀楠
授予学位：	硕士
授予学位单位：	重庆交通大学
学位年度：	2023