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考虑粘性作用情况下船进出船厢的水动力学分析

王迎雪  
【摘要】:本文从浅水方程出发,利用有限元计算船舶进出船厢时的水动力学过程及船舶的升沉、纵倾及船舶与船厢底的最小间隙。本文完整的提出了不但含有底磨擦项,而且含有粘性项的浅水波动方程,包含质量连续方程、守恒型运动方程与非守恒型运动方程以及用以求解船底表面压力的压力泊松方程。本文采用了文献[5]提出的随非惯性系一起运动的开边界的辐射条件,一个适应船舶运动过程中压力表面与自由表面不断变化的自动变网格方法;在完整的考虑粘性作用影响的情况下发展了文献[5]的利用压力泊松方程求压力及利用运动方程求速度的求解方法。针对压力表面域因无法直接使用质量连续方程而易影响质量守恒的问题,本文在压力表面域使用压力泊松方程及浅水运动方程时,分别利用质量连续方程将压力泊松方程中的粘性项、惯性项与浅水运动方程中的粘性项做了适当的改造,从而极大的改善了解的守恒性及稳定性。本文针对三峡升船机的设计工况(包括船分别以速度0.5m/s、0.7m/s、1m/s驶进、驶出船厢)作了计算,计算结果包括水动力学结果及船的升沉与纵倾。本文还对船偏航驶进、驶出船厢的问题作了计算。计算结果表明:船在船厢中运动,会产生半活塞效应,船前产生堆水,船后产生水凹;当船驶进承船厢时,船会上升,当船驶出承船厢时,船会下沉;船与船厢的最小间隙更可能出现在船驶出承船厢的过程中。偏航的计算结果表明,偏航并未产生恢复力及吸力。


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