42m拖网渔船水动力数值计算与试验研究

论文摘要

随着我国经济的快速发展和现时代的能源危机，特别是近些年来，世界石油价格处在高位水平，直接影响到了渔船外出作业的生产成本，渔船的节能技术得到了越来越多的关注。目前，国内对拖网渔船节能方面研究的不多，本文主要从减阻效果上来体现渔船的节能。传统的船体阻力测量都是在拖曳水池进行，这种试验要投入大量经费去制造船模。随着CFD技术在各个领域的广泛使用，数值模拟计算也逐渐进入到了船舶领域。本文概括了计算流体力学(CFD)在国内外的研究现状，并对船舶CFD水动力性能研究进行了一些介绍。在对本论文研究对象用Fluent进行数值模拟优选前，首先对数值模拟计算的参数依赖性进行了验证。然后对42m拖网渔船的原始模型进行船模拖曳试验，并与数值模拟计算得到的阻力数据进行比对。结论证明，数值模拟计算的结果和船模试验得到的结果基本吻合，说明数值模拟计算在一定程度上可以减少传统的船模试验。通过对比得出数值模拟计算有较高的可靠性和准确性后，本文采用数值模拟计算对42m拖网渔船进行阻力优选。文中选用了球鼻艏、船尾线型和外龙骨三个参数进行数值模拟计算的对比。尤其在球鼻艏方面，分别从其的长度、高度和宽度进行了数值模拟计算的对比；在船尾线型方面，主要从虚长度方面对船体阻力的影响进行了对比；在外龙骨方面，计算了有无外龙骨对船体阻力的影响。并把每个参数下减阻效果最好的模型进行简单的线型集合，选出一个优选模型。最后，通过数值模拟计算对原始模型和优选模型进行了全航速下的阻力数据对比。结果表明优选模型相对于原始模型有较明显的减阻效果。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 研究背景与意义
• 1.2 国内外研究现状
• 1.2.1 计算流体动力学概述
• 1.2.2 船舶 CFD 水动力性能研究概述
• 1.3 拖网渔船简介
• 1.4 Fluent 在船舶 CFD 中的应用
• 1.5 本论文的主要内容
• 1.5.1 论文的创新点和关键技术
• 1.5.2 论文所要做的工作
• 1.5.3 论文的框架
• 第二章 粘性流场数值模拟的基本理论及方法
• 2.1 引言
• 2.2 控制方程
• 2.2.1 质量守恒定律——连续方程
• 2.2.2 动量守恒定律——粘性流体的运动方程
• 2.2.3 雷诺平均 N-S 方程——RANS 方程
• 2.3 湍流模型
• 2.3.1 零方程模型
• 2.3.2 一方程模型
• 2.3.3 标准 k ε模型
• 2.3.4 RNG k ε模型
• 2.3.5 标准 k ω模型
• 2.3.6 SST k ω模型
• 2.4 壁面函数法
• 2.4.1 动量方程中变量 u 的计算公式
• 2.4.2 能量方程中温度 T 的计算公式
• 2.4.3 湍动能方程与耗散率方程中 k 和ε的计算公式
• 2.5 边界条件
• 2.5.1 流动进口边界条件
• 2.5.2 流动出口边界条件
• 2.5.3 壁面边界条件
• 2.5.4 对称边界条件
• 2.6 数值方法
• 2.6.1 常用离散化方法
• 2.6.2 离散格式的性能对比
• 2.6.3 网格生成
• 2.6.4 求解算法
• 2.7 自由液面的模拟
• 2.8 本章小结
• 第三章 CFD 数值模拟计算与验证
• 3.1 引言
• 3.2 拖网渔船几何模型
• 3.3 计算域
• 3.4 网格划分
• 3.4.1 船体表面的网格划分
• 3.4.2 边界层的生成
• 3.4.3 体网格的生成
• 3.5 边界的设定
• 3.6 计算方法
• 3.7 数值模拟计算的依赖性验证
• 3.7.1 网格数量对模拟计算的影响
• 3.7.2 边界层参数对模拟计算的影响
• 3.7.3 湍流模型对模拟计算的影响
• 3.7.4 时间步长对模拟计算的影响
• 3.8 本章小结
• 第四章 模型试验与数值模拟对比
• 4.1 引言
• 4.2 模型试验基础
• 4.2.1 相似准则的选择
• 4.2.2 模型设计和实验结果的换算
• 4.3 原始模型的船模试验
• 4.3.1 试验过程
• 4.3.2 试验数据分析
• 4.4 原始模型的数值模拟
• 4.4.1 计算域的建立和网格划分
• 4.4.2 计算航速
• 4.4.3 边界条件和计算方法
• 4.4.4 计算数据分析
• 4.5 数据对比
• 4.6 本章小结
• 第五章 拖网渔船的阻力优选
• 5.1 引言
• 5.2 球鼻艏的数值模拟优选
• 5.2.1 球鼻艏的长度优选
• 5.2.2 球鼻艏的高度优选
• 5.2.3 球鼻艏的宽度优选
• 5.3 尾部的数值模拟
• 5.3.1 计算域的建立和网格划分
• 5.3.2 数值仿真模拟
• 5.3.3 计算结果及讨论
• 5.4 外龙骨的数值模拟
• 5.4.1 计算域的建立和网格划分
• 5.4.2 数值仿真模拟
• 5.4.3 计算数据分析
• 5.5 原始模型和优化模型的对比
• 5.6 本章小结
• 第六章 总结与展望
• 6.1 全文总结
• 6.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 在读期间发表的学术论文及研究成果