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《上海交通大学》 2009年
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船舶性能数值水池的研究及其若干应用

郭海强  
【摘要】: 传统上,船舶水动力性能的测试主要依靠物理水池。物理水池中的模型试验通常费时费力成本高,而且结果的准确性易受测试设备的影响。随着计算机技术和计算技术的发展,数值模拟成为研究问题和解决问题的一种重要手段。基于CFD理论的数值水池技术的研究逐渐成为热点。 本文在系统回顾和总结国内外关于性能数值水池的研究进展的基础上,依据CFD理论,建立了船舶性能数值水池。性能数值水池是仿物理水池而建立的,主要依靠现代数值计算理论、数值计算方法以及计算机系统来模拟流体和结构物的相互作用。船舶性能数值水池中进行的数值“试验”,正在逐步取代或是部分取代物理水池中的性能试验。与物理模型试验相比,数值试验不仅具有费用低、无触点流场测量、无比尺效应、能消除物理模型中由传感器尺寸及模型变形等因素对流场的影响、可获得较为详细的流场信息等优点而广受关注,且应用范围越来越广。 本文基于CFD理论,建立了适于船舶性能测试,功能较为完善的数值波浪水池。对数值波浪水池的关键技术数值造波和数值消波进行了进一步探讨和研究。基于Fluent软件平台,采用自定义函数(UDF)进行了二次开发,发展了不同类型的数值造波、消波模块。探讨并研究了动网格技术的具体实现方法(刚体运动加网格再生法,刚体运动加Interface法,整体域移动法,多参考系法等),根据船舶不同性能提出了适于数值水池中进行船体性能测试和模拟的动网格技术。 基于船舶性能数值水池的应用,本文提出了一种船舶水动力系数的测试与分析技术,模拟计算并分析船舶运动各模态对应的附加质量和阻尼,以及粘性阻尼,计算结果与相关理论、试验进行比较和验证,结果表明本文方法能准确给出浮式结构物的水动力系数,能细致描述船舶周围的流场,可广泛应用于船舶与海洋工程浮式结构物的水动力性能研究,有助于数值波浪水池的应用与扩展,是船舶性能数值水池技术的有益补充。
【学位授予单位】:上海交通大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2009
【分类号】:U661.7

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