论文题目: 舰/舰补给系统中水动力学问题的数值仿真研究
论文类型: 博士论文
论文专业: 流体力学
作者: 王建方
导师: 李积德
关键词: 舰船海上横向补给,水动力干扰,二维切片法,三维频域理论,三维时域理论,谱分析法,二阶定常力矩,定常运动,叠模流
文献来源: 哈尔滨工程大学
发表年度: 2005
论文摘要: 为了增强海上综合补给和快速补给能力以提高舰船生存和持续作战能力,对舰船海上补给提出了许多新的要求,例如迅速“抢占”最佳补给点在规定时间内完成物资补给;在高海情下实现多向海上立体补给等。舰船海上航行补给作为海上后勤保障的—个重要环节,已越来越受到世界各国海军以及造船界学者的关注。两舰船在海上实施航行补给时,作用在每条舰船上的流体动力将与仅有一条舰船航行的情况不同,舰船不仅会受到相邻船的扰动波反射的影响,相邻船可能还会对它产生遮蔽效应。因此研究舰船之间的水动力干扰已成为舰船海上补给理论研究的关键之一。为此,本文将从理论上研究两船以相同航速在静水或波浪中运动时产生的线性与非线性的水动力干扰效应,为舰船海上横向补给间距、航速以及航向的优选提供一定的技术指导。本文主要开展了以下几方面的工作: 1.基于线性势流理论,采用二维切片法(STF)研究波浪中两个浮体以相同航速航行时所产生的水动力干扰效应,通过数值计算预报两浮体的五自由度耦合运动响应。 2.研究并提出了一种预报两船在波浪中做耦合运动的三维频域方法。计算中对两船在波浪中水动力干扰的辐射问题简化,即把辐射问题分解为两种情况,一种是船a做摇荡运动而船b不做摇荡运动,另一种是船b做摇荡运动而船a不做摇荡运动,建立了两个浮体在波浪中以一定间距航行时流场速度势的定解条件,并引入三维无航速频域Green函数,采用源汇分布法求解两船的非定常扰动势。通过航速修正计算两浮体在波浪中干扰的水动力系数,并根据刚体动力学原理建立两船的耦合运动方程预报两船六自由度运动响应。为了校核程序,研究了有限水深两个相同圆柱在横浪中的水动力干扰效应。并且计算了零航速与有航速的两船在深水中迎浪航行的耦合运动响应。另外分析了间距对水动力干扰的影响。 3.进而基于三维频域分析方法,采用谱分析法预报不规则波中载重点处两船的三个方向相对运动有义幅值,应舰船海上航行补给需求提出一种有效地优选舰船航速与横向间距的方法,通过对补给船和接收舰在不规则波中多个浪向多个海况不同航速以及不同横向间距的数值计算,为海上横向补给两船航速以及阵位
论文目录:
第1章 绪论
1．1 本文的目的和意义
1．2 相关理论研究综述
1．2．1 单体线性理论的研究综述
1．2．2 单体非线性理论的研究综述
1．2．3 两体干扰理论的研究综述
1．3 本文的主要工作
1．4 本文的创新点
第2章 两浮体水动力干扰的二维切片理论研究
2．1 坐标系及流场速度势的描述
2．1．1 坐标系的描述
2．1．2 船舶运动
2．1．3 船体周围流场的速度势
2．1．4 非定常扰动势的定解条件
2．2 二维切片理论的前提假设
2．3 二维频域格林函数
2．4 二维切片理论在两浮体水动力干扰中的应用
2．4．1 物面条件的简化
2．4．2 速度势的求解
2．4．3 全船水动力系数及波浪力
2．4．4 两船耦合运动力程
2．5 算例分析
2．6 本章小结
第3章 两浮体水动力干扰的三维频域理论研究
3．1 两浮体在波浪中运动的三维频域理论
3．1．1 三维理论的前提假设
3．1．2 速度势的分解及非定常扰动势定解条件的建立
3．2 分布源积分方程的建立以及求解
3．2．1 绕射势的求解
3．2．2 辐射势的求解
3．3 船舶运动方程的建立
3．3．1 波浪主干扰力和绕射力
3．3．2 水动力系数
3．3．3 两体耦合运动方程的求解
3．4 算例分析
3．4．1 两圆柱在波浪中相互作用
3．4．2 两船体在波浪中相互作用
3．5 本章小结
第4章 两船航行补给时航速与间距的优选
4．1 相对运动的定义
4．2 两船在不规则波中的相对运动
4．2．1 波能谱
4．2．2 谱分析方法
4．2．3 两船在不规则波中相对运动的统计值
4．3 算例分析
4．4 本章小结
第5章 波浪中两体二阶定常力的近场方法研究
5．1 单体在波浪中二阶定常力的研究
5．1．1 微分法
5．1．2 积分法
5．1．3 算例分析
5．2 两潜体在波浪中二阶定常力的研究
5．2．1 微分法的推广
5．2．2 积分法的推广
5．2．3 算例分析
5．3 波浪中的两浮体二阶定常力的近场方法研究
5．3．1 两浮体在波浪中运动的二阶横向漂移力
5．3．2 两浮体在波浪中运动的二阶定常首摇力矩
5．3．3 算例分析
5．4 本章小结
第6章 两浮体水动力干扰的三维时域理论研究
6．1 三维时域非定常扰动势定解条件的建立和求解
6．1．1 非定常扰动势定解条件
6．1．2 分布源积分方程的建立
6．1．3 数值计算方法
6．2 两船在不规则波中的摇荡运动
6．3 三维时域计算算例及结果分析
6．3．1 程序校核
6．3．2 两Wigley船之间的水动力干扰
6．4 本章小结
第7章 两体定常运动时相互作用力的数值计算
7．1 势流理论下流体动力数学模型的建立
7．1．1 定解条件的确定
7．1．2 速度势的求解
7．1．3 定常干扰力(矩)
7．2 FLUENT在定常流计算中的应用
7．2．1 FLUENT软件的介绍
7．2．2 叠模流模型
7．2．3 VOF模型
7．3 算例分析
7．3．1 程序校核
7．3．2 无界流中两椭球定常力的数值计算
7．3．3 两相同Wigley船干扰定常力的数值计算
7．4 本章小结
结论
参考文献
攻读博士学位期间发表的论文和取得的科研成果
致谢
附录A
附录B
附录C
发布时间: 2005-10-21
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