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《哈尔滨工程大学》 2010年
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阻流板对双体船水动力性能影响的数值研究

邓锐  
【摘要】: 二十一世纪是海洋的世纪,人类对于航运、海洋探索和开发的活动比以往的任何时期都更加广泛和深入,因此,对提高和改善船舶的水动力性能提出了更高的要求。中小型船舶在高航速情况下,船体周围及尾流场的水动力特性将直接影响到船舶的受力和主机所需的功率,在主尺度和主机功率给定的情况下,采取有效的措施改善船舶绕流场,使船舶在不同航速下航行时具有优良的阻力特性和运动性能,是船舶水动力学的热点之一。艉阻流板(stern interceptor)是近年出现的一种附体,它可以有效改变船体水动力性能,若对阻流板做合理的设计,可以通过改变其周围及船体艉后方的流场,提高船舶的快速性和操纵性,对于高速船型有很好的应用价值。 阻流板相对于船体是尺度很小的附体,为了对带阻流板的船体的水动力进行模拟,需要一套有效的计算方案,以便准确反映安装阻流板前后流场的变化和效果。因此,首先采用商业计算流体力学软件Fluent对影响流场CFD计算的主要因素进行了计算探讨,针对网格划分方式、数值算法和湍流封闭模型给出适用于双体船及带有阻流板的双体船水动力性能数值计算的方案。经过大量的对比计算和关于适用性的研究,给出了适用的计算方案,针对其中的一些重要参数给出了建议的取值范围。利用提出的方案所得到的计算结果与试验结果进行了对比,验证了计算方案的正确性和适用性。 阻流板和船体是相互干扰的,在对阻流板水动力机理的研究中的第一阶段,为了探讨阻流板邻近的水动力学机理,先做局部化处理:对船体进行了简化假设,以底部为平板的二维船体代替真实船体,对不考虑横向绕流和船体表面弯曲影响的阻流板水动力机理进行了研究。通过对不带阻流板以及带有不同高度阻流板的二维船体分别进行数值计算,分析阻流板的影响效果,进而详细计算对比了不带阻流板和带有阻流板的情况下,在阻流板的主要影响范围内,流场速度和压力的变化,捕捉流场的流动细节,探讨阻流板的水动力机理。在了解阻流板作用的水动力机理之后,尝试通过改变艉部构型以充分利用阻流板的作用来改善船体的水动力性能。 随后,在上述研究的基础上,对三维船模带有阻流板前后的流场进行了模拟。首先计算了不带阻流板的双体船和带有不同高度阻流板的双体船的水动力性能,并将各种情况下的船体阻力计算结果与船模试验结果进行了比较,验证了计算的有效性,对双体船安装阻流板前后的水动力性能进行了比较,归纳上述研究,分析安装阻流板对船体作用的水动力机理,探讨阻流板对船体水动力性能的改善作用,研究了船型因素对阻流板作用的影响。通过计算研究,进一步明确了阻流板的水动力机理,了解了阻流板对双体船水动力性能的改善作用,并讨论了三维船体的横向绕流和表面弯曲对阻流板作用的影响。
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