船舶非定常兴波问题的时域计算研究

【摘要】：船舶阻力性能是舰船的基本水动力性能之一。船舶阻力主要包括粘性阻力和兴波阻力,其中兴波阻力对船型的改变相当敏感,适当修改船体型线,有可能使兴波阻力明显降低。因此,用理论、试验和数值计算的方法探讨兴波问题的机理,预报船舶的兴波阻力,并以此为基础设计阻力性能最优的船型,一直是船舶水动力学研究的热点之一。 相对于理论和试验方法,用数值的方法计算船舶水动力具有其独特的优点和发展潜力。上世纪60年代至今,随着计算机科学技术的发展,计算流体动力学(CFD)取得了重大的进展。计算流体动力学(CFD)应用于船舶水动力学问题的数值求解,产生了船舶CFD方法。在近二十多年内,世界各造船先进国家的船舶科技工作者投入了大量的力量开展船舶CFD研究,取得了巨大的成就。特别是在兴波问题的研究中船舶CFD取得了显著的成功。 近年来,非定常问题受到了较大的关注。用时域的方法描述船舶在波浪上的运动,包括线性自由面条件下的大幅振荡运动,发表了大量的文献;对于非定常兴波问题,也有一部分学者在研究。近十年来,在高速船型的开发热潮中,出现了一些新的非定常兴波问题,包括高速船启动过程的非定常兴波问题,这些问题是现代高速船舶或常规船舶在非常规条件下运动所遇到的,有些尚未得到足够的重视和研究,其机理尚有待于弄清。因此非定常兴波问题值得船舶科技工作者们进一步关注。事实上,随着船舶CFD技术的发展,求解非定常兴波问题将是船舶CFD势流方法的主要研究方向之一。 随着船舶CFD技术被越来越广泛地应用于实际工程问题,势流法求解船舶水动力学问题的快捷性和精确性越来越重要,应用高阶面元法求解船舶水动力问题成为当今的一个研究热点。近年来,出现了众多的高阶面元法,其中基于非均匀有理B样条(NURBS)的高阶面元法因为可以和船舶计算机辅助设计(CAD)更好地结合,可以更方便、快捷地进行船型设计和船舶水动力性能设计、优化,