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非定常操纵运动船体水动力数值计算
| 论文题名： | 非定常操纵运动船体水动力数值计算 |
| 关键词： | 船舶操纵性;计算流体动力学;数值模拟;摇荡频率;粘性流场 |
| 摘要： | 船舶操纵性主要研究的是船舶保持和改变其航速、航向及位置的能力，是船舶重要的航行性能之一，与船舶航行的安全性和经济性有着密切的联系。为了保证船舶航行安全，必须对船舶操纵性能进行预报。 预报船舶操纵性能的一种重要方法是数学模型（即船舶操纵运动方程）加计算机模拟的方法，采用该方法，需要确定操纵运动方程中的水动力导数。目前在确定操纵运动水动力导数方面，约束模型试验是公认为最可靠的方法，该方法由某种机构带动船模在水池中进行特定的运动，同时测定作用在船模上的水动力和水动力导数，之后建立船舶操纵运动数学模型，并用计算机求解数学模型，计算船舶在各种机动下的运动状态，得到用于表征其操纵性的特征参数。平面运动机构(PMM)是约束模型试验中功能较全面的一种试验装置，它可以测定各种速度导数、角速度导数、加速度导数和耦合导数。但是模型试验有其本身的缺点：试验费用高、周期长，不便于改变船型数据和船体几何形状进行操纵性优化设计，其试验结果也不宜用于不同浮态及装载条件下的操纵性能预报，而且尺度效应无法消除。 随着计算机科学技术的快速发展，计算流体动力学(CFD)技术应用于解决船舶操纵性问题已成为可能。通过应用CFD技术数值模拟约束模型试验的流场，求得作用在船模上的水动力和水动力导数，可以克服试验方法耗时、费用高的缺点，也便于通过修正船型及操纵装置对操纵性进行优化设计；而当把 CFD技术应用于实尺度流场数值模拟时，能够避免尺度效应。 本文采用CFD方法数值模拟约束模型试验中PMM试验船体周围的粘性流场，计算船体所受的水动力和水动力导数，包括纯横荡运动和纯首摇运动；考虑到问题的复杂性，计算中忽略了自由表面兴波、附体、船体浮态改变等因素的影响。论文以KVLCC1大型油轮为研究对象，对深水和浅水中的PMM试验纯横荡运动及浅水中的PMM试验纯首摇运动粘性流场进行了数值模拟，计算了作用在船体上的横向力和首摇力矩，分析了航速、摇荡幅值和摇荡频率对水动力的影响，并分析讨论了非定常操纵运动船体周围流场特点；通过将计算结果与现有的试验数据进行对比，验证了本文方法的有效性。在此基础上，根据横向力和首摇力矩计算结果，计算得到了船舶操纵运动线性水动力导数。 |
| 作者： | 杨勇 |
| 专业： | 船舶与海洋结构物设计制造 |
| 导师： | 邹早建 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 上海交通大学 |
| 学位年度： | 2011 |
| 正文语种： | 中文 |
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