基于CFD的船舶球艏/球艉低阻线型研究

论文摘要

国际原油价格大幅上涨,使得节能问题在船舶设计过程中尤为突出。所以利用先进、快速的预报手段对低阻线型进行研究,显得非常重要,而球艏/球艉在减阻方面尚有一定的潜力。因此,本文应用计算流体动力学(CFD)方法,尝试着对市场上几款典型的运输船舶进行了球艏/球艉线型的分析研究,试图找出球艏/球艉的主要参数对阻力性能的影响,进而对同类船型的节能开发和局部线型的快速择优提供重要的参考。文中首先应用船舶专用设计软件NAPA的MANAGER功能实现了计算机辅助设计(CAD)程序和CFD程序之间数据的转换,为CFD计算的前处理作了必要的准备。文中根据傅汝德数的不同,将民用船舶分为低速船和中速船,然后利用CFD方法对两型船作了理论数值计算,利用模型试验结果对计算结果进行分析评估,结果表明,船体绕流流场的计算结果与模型试验结果取得了基本一致的趋势,从而证明应用CFD程序预报阻力性能的相对准确度是可以保证的。最后,分别研究了球艏和球艉的主要参数对两型船阻力性能的影响,并对同类船型球艏/球艉线型的设计给出了一定的建议。本文对CFD方法在船舶设计中的应用作了一次有益的尝试,其结果表明CFD程序对于民用船舶的快速性预报具有一定的可靠性,尤其对球艏/球艉等局部线型的设计具有重要的指导意义,能为新船型的节能开发提供必要的依据。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 本文研究的目的和意义
• 1.2 船舶CFD方法综述
• 1.2.1 船舶CFD方法简介
• 1.2.2 发展概况及国内外应用水平
• 1.2.3 SHIPFLOW软件简介
• 1.3 本文的主要内容
• 第2章 船舶阻力数值计算原理
• 2.1 兴波阻力数值计算
• 2.1.1 控制方程
• 2.1.2 数值计算方法
• 2.1.3 计算流程
• 2.2 粘性阻力数值计算
• 2.2.1 应用边界层理论的阻力计算
• 2.2.1.1 控制方程
• 2.2.1.2 数值计算
• 2.2.1.3 计算流程
• 2.2.2 N-S方程计算
• 2.2.2.1 数值计算
• 2.2.2.2 计算流程
• 2.2.3 粘性阻力计算
• 2.2.3.1 摩擦阻力系数
• 2.2.3.2 粘压阻力系数
• 2.3 本章小结
• 第3章 SHIPFLOW与NAPA的接口技术研究
• 3.1 NAPA软件简介
• 3.2 线型的初步光顺
• 3.3 SHIPFLOW与NAPA的接口技术
• 3.4 本章小结
• 第4章 CFD数值计算结果的验证评估
• 4.1 30，000dwt多用途船CFD数值计算结果的验证分析
• 4.1.1 主要参数
• 4.1.2 CFD数值计算
• 4.1.3 数值计算结果与船模试验结果的比较分析
• 4.2 4，800箱集装箱船CFD数值计算结果的验证分析
• 4.2.1 主要参数
• 4.2.2 CFD数值计算
• 4.2.3 数值计算结果与船模试验结果的比较分析
• 4.3 本章小结
• 第5章 低速船球艏/球艉线型方案分析研究
• 5.1 球艏/球艉主要几何参数
• 5.1.1 球艏主要几何参数
• 5.1.2 球艉主要几何参数
• 5.2 175，000dwt散货船球艏/球艉线型方案分析研究
• 5.2.1 球艏线型方案分析
• 5.2.2 球艉线型方案分析
• 5.3 57，300dwt散货船球艏/球艉线型方案分析研究
• 5.3.1 球艏线型方案分析
• 5.3.2 球艉线型方案分析
• 5.4 低速船球艏/球艉主要参数的建议值
• 5.5 本章小结
• 第6章 中速船球艏/球艉线型方案分析研究
• 6.1 5，100箱集装箱船球艏/球艉线型方案分析研究
• 6.1.1 球艏线型方案分析
• 6.1.2 球艉线型方案分析
• 6.2 6，500车汽车滚装船球艏/球艉线型方案分析研究
• 6.2.1 汽车滚装船简介
• 6.2.2 球艏线型方案分析
• 6.2.3 球艉线型方案分析
• 6.3 中速船球艏/球艉主要参数的建议值
• 6.4 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