基于CFD的船舶阻力计算与预报研究
船舶阻力是影响船舶快速性的重要内容之一。阻力性能良好的船舶可以提高运输效率,节约能源,也直接关系到船舶的经济性能。船舶阻力性能评估是船型优化的重要依据,阻力的预报方法也一直是船舶工程届永恒的研究主题之一,因此船舶阻力计算和预报研究同时具有重要的学术意义和工程实用价值。 本文系统地回顾和总结了船舶阻力理论计算的发展历程和研究进展,详细介绍了当前国内外船舶CFD的发展趋势和阻力预报方法,采用CFD理论计算手段,基于层流、湍流等理论对航行船体的阻力进行了计算和试验验证,创新性地采用了压阻力、粘性摩擦阻力的剥离、分析方法...
船舶阻力是影响船舶快速性的重要内容之一。阻力性能良好的船舶可以提高运输效率,节约能源,也直接关系到船舶的经济性能。船舶阻力性能评估是船型优化的重要依据,阻力的预报方法也一直是船舶工程届永恒的研究主题之一,因此船舶阻力计算和预报研究同时具有重要的学术意义和工程实用价值。 本文系统地回顾和总结了船舶阻力理论计算的发展历程和研究进展,详细介绍了当前国内外船舶CFD的发展趋势和阻力预报方法,采用CFD理论计算手段,基于层流、湍流等理论对航行船体的阻力进行了计算和试验验证,创新性地采用了压阻力、粘性摩擦阻力的剥离、分析方法进行阻力成分分析,与模型试验中获得的剩余阻力等各成分进行了比较和分析,对船体壁面粗糙度对阻力影响进行了探讨,提出基于CFD理论的实船阻力预报方法。 研究表明:(1)模型尺度下采用湍流黏性理论模拟计算可以获得与模型试验结果相比相当不错的结果,但模拟计算比较耗时,难以应用于船型优化;(2)尽管基于层流黏性理论模拟计算得到的船体总阻力(主要是粘性阻力)不够准确,但计算模拟的时间较短,能捕捉到准确的自由面形状,压阻力中包含了兴波阻力和黏压阻力,与船模试验得到的船体剩余阻力一致;(3)对模型尺度与实船尺度的渔政船在粘性流计算中的压阻力系数进行比较讨论可知,两者基本一致;(4)对船体壁面粗糙度对阻力影响进行了探讨。基于上述研究进展,首次提出基于CFD 理论的实用化实船阻力预报方法,即直接采用层流N-S 方程计算出实船尺度的压阻力(系数),加上1957ITTC公式计算的实船尺度的平板摩擦阻力和附加阻力,来预报实船总阻力。该方法既有理论上的依据,又有工程上的实用性,为船型优化提供了新的手段。 本文基于CFD 理论进行船舶阻力计算和预报研究,将对船舶工程领域的广大研究者进行更加深入细致地研究船体阻力预报的新方法具有重要意义。
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作者: 余建伟
授予学位: 硕士
学位授予单位: 上海交通大学
导师姓名: 缪国平 朱仁传
学位年度: 2009
语 种: chi
分类号: U661.311
在线出版日期: 2009年12月31日