船舶浅水航行阻力及流场分析-船舶与海洋结构物设计制造专业毕业论文.docx

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工学硕士学位论文
船舶浅水航行阻力及流场分析
硕士研究生:魏胜任
指导教师:常 欣 副教授学位级别:学术硕士
学科、专业:船舶与海洋结构物设计制造所在单位:船舶工程学院论文提交日期:2015 年 4 月
论文答辩日期:2015 年 6 月学位授予单位:哈尔滨工程大学
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A Dissertation for the Degree of M. Eng
Analysis of Ship Resistance and Flow Field in Shallow Water
Candidate: Wei Shengren
Supervisor: Associate Prof. Chang Xin
Academic Degree Applied for: Master of Academic
Specialty: Design and Construction of Naval Architecture and Ocean Structure
Date of Submission: Apr, 2015
Date of Oral Examination: Jun, 2015
University: Harbin Engineering University
哈尔滨工程大学
学位论文原创性声明
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作者(签字):
日期: 年 月 日
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作者(签字): 导师(签字):
日期: 年 月 日 年 月 日
船舶浅水航行阻力及流场分析
摘 要
随着经济全球化的发展,大型船舶得到了更广泛的应用,船舶在近岸及内河中航行的浅水效应也越加明显,因此浅航道船舶水动力性能是非常值得研究的内容。通常对浅水航行船舶的水动力进行分析的主要方法是水池试验,这需要消耗大量的时间和费用, 使用 CFD 方法则可以节约成本,并且在计算结果中可以提取更多的信息用于分析。
本文选取 KCS 船和 DTMB 5415 船作为主要研究对象。采用 RANS 方法主要对比了两艘船模在不同水深工况下的水动力性能变化,然后针对浅水工况下不同尺度船模航行的计算结果进行了对比分析。
首先进行了船模在深水中的水动力性能预报研究。对于 KCS 船的船艉部分使用了三种不同的非结构网格划分方法,并将得到的结果与水池试验值进行对比,从而可以得到最恰当的网格划分方法;对于 DTMB 5415 船使用了 VOF 模型对船舶兴波进行了模拟, 将计算结果与试验结果以及国外学者的计算结果进行了对比。
然后将船模的工况改变水深,来探究水深变化对于船舶水动力性能的影响。对于 KCS 主要对比了阻力系数、z 方向的抽吸力、桨盘面伴流场以及船艉下方的的流场。对于 DTMB 5415 船主要对比了兴波的变化以及船底的流场变化。
最后考虑尺度问题对于浅水船模水动力性能的影响。对于 KCS 船及 DTMB 5415 分别选择了三个尺度来分析尺度的影响,在分析过程中主要考查了雷诺数对于形状因子的影响,此外还考虑了不同尺度下船舶周围的流场以及船体表面压力的变化。
关键词:CFD;浅水;尺度效应;形状因子
哈尔滨工程大学硕士学位论文
船舶浅水航行阻力及流场分析
Abstract
With the development of economic globalization, large ships have been more widely applied, influence of water depth for ships in coastal and sailing in sha