舰船周围气流场数值模拟方法及分布规律的研究

论文摘要

国外大型舰船气流场的研究主要是采用风洞和实船实验,费用大,耗时长。目前随着计算流体力学软硬件的迅速发展和商业软件的不断普及,数值试验研究也在不断完善,尤其针对大型舰船气流场这类复杂问题,如果能够通过理论方法模拟气流场,探讨影响气流场的因素和气流场分布的有关规律,将节省大量的人力、物力。本文工作的出发点是通过CFX软件对舰船的航行进行模拟来研究气流场。本文主要研究舰船甲板附近气流场分布,为舰载机的安全起降提供指导。主要进行如下工作:利用CFX软件计算了舰船在航行过程中,不同风级和不同风向情况下,舰船周围气流场的模拟仿真。重点给出了气流影响比较大的首部甲板和舰楼尾部的漩涡分布图和漩涡影响范围,比较各种情况下漩涡分布和影响范围的不同。结果显示,随着风级的变化,漩涡的强度和影响范围都发生了变化,且随着风级的增大,影响范围增大;随着方向的变化,舰楼尾部的漩涡的位置和影响范围发生变化。同时,在模型上设置控制点,计算不同风级下控制点的速度,绘制曲线比较,验证了控制点所在处漩涡的存在。最后,完善模型,利用VOF方法模拟有自由液面影响下的船体周围气流场的分布,得出首部甲板和舰楼尾部的影响范围。本文的研究表明:用CFX模拟大型舰船甲板气流场是可行的;同时总结了针对大型舰船的网格划分、参数选取、边界条件设定,为进一步研究提供一定的参考和依据。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 课题的目的与意义
• 1.2 国内外研究内容
• 1.3 商业CFD软件CFX
• 1.4 本论文研究的主要内容
• 第2章 数值模拟的基本理论和方程
• 2.1 流体动力学控制方程
• 2.1.1 质量守恒方程
• 2.1.2 动量守恒方程（即N-S方程）
• 2.2 湍流模型
• 2.3 数值计算方法
• 2.3.1 离散方法
• 2.3.2 SIMPLE算法
• 2.4 网格的划分和生成
• 2.4.1 网格的划分
• 2.4.2 网格生成
• 2.5 边界条件
• 2.6 自由液面跟踪方法
• 2.7 本章小结
• 第3章 舰船匀速直航运动的气流场数值模拟
• 3.1 计算模型
• 3.2 控制区域
• 3.3 网格化分
• 3.4 边界条件
• 3.5 参数选取和计算收敛性
• 3.6 计算结果
• 3.6.1 船体静止时各风级作用下的气流场分布
• 3.6.2 舰船匀速直线航行时的气流场数值模拟
• 3.7 计算结果比较
• 3.7.1 西班牙大型舰船飞行甲板气流场分布与本文计算结果验证
• 3.8 结论
• 3.9 本章小结
• 第4章 舰船受斜向来风作用下的气流场数值模拟
• 4.1 计算模型
• 4.2 控制区域
• 4.3 网格化分
• 4.4 边界条件
• 4.5 参数选取
• 4.6 计算结果
• 4.6.1 舰船Fr=0.31受到3级风各风向条件下计算结果
• 4.7 结论
• 4.8 本章小结
• 第5章 自由表面作用和舰船首尾形状变化对气流场的影响研究
• 5.1 计算模型
• 5.2 控制区域
• 5.3 网格化分
• 5.4 边界条件
• 5.5 物理参数选取
• 5.6 计算结果
• 5.7 结论
• 5.8 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果
• 致谢