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集装箱船球首型线设计研究

黄亚南  
【摘要】:船舶阻力主要由粘性阻力和兴波阻力组成。其中对于给定的船速,倘若不采用特别的措施,减小粘性阻力的可能性不大。相反,在一定的佛汝德数的范围内,兴波阻力对船型与球首的变化非常敏感,适当地修改船体型线和球首形状可以使兴波阻力明显减小。因此,型线设计中减小兴波阻力令人关注,尤其是佛汝德数在0.2以上的集装箱船。 本文在简要介绍了CFD的发展,兴波波场的特点,以及所采用算法的理论基础后,以CFD方法构建了球首型线优化设计的方法。该方法以球首前伸长度,基线上高度与首柱处横剖面面积作为定义球首形状的几何参数,以兴波波场的平均兴波能量作为目标函数,计算确定平均兴波能量最小所对应的球首几何参数与形状,以及兴波阻力与这三个自变量的变化曲线。 本文以7000箱集装箱船为例,进行了首部型线的优化设计研究。以球首的几何特征参数作为自变量构造了7条模型,分别应用CFD方法计算了船首的兴波波场和应用Michell积分方法确定了船体的兴波阻力系数。以兴波平均能量最小为目标函数,确定首部型线的最优设计几何参数。同Michell积分确定的兴波阻力和有关模型试验的相应结果的比较表明,优化的集装箱船球首型线是可信的,具有工程设计应用价值。


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