大型艦船流場的數(shù)值計算.pdf

1、近年來,隨著經(jīng)濟體系的全球化,國際海運、船舶工業(yè)得到了大力的發(fā)展,很多國家都在積極投入對船舶設計的研究,其中船舶繞流場的研究也得到了很大的重視,通過提高船舶水動力性能和空氣動力性能預報的準確性,來提高設計效率、縮減投入成本。由于船模試驗周期長、費用高、難以得到局部流場的細節(jié)信息,同時因為尺度效應,特別是大型船舶的風洞實驗,船模實際上并不能真實地再現(xiàn)實船的繞流場情況,存在較大的局限性,使得船舶CFD技術成為有效輔助船舶線型設計和船舶繞流場

2、研究、提高船舶工程產(chǎn)品的設計質(zhì)量、縮短研究周期、減少人力物力的投入的有力工具。
　　 大型艦船在海洋中航行時要求有良好的穩(wěn)定性、快速性和安全的甲板氣流場特性,分析其水動力性能和空氣動力性能就顯得尤為重要。本文借助船舶CFD技術主要研究了俄羅斯某大型艦船RCSM船型船尾型線對船舶阻力性能的影響、船體水動力流場和空氣動力流場。
　　 首先,本文為提高母型船阻力性能,以船體阻力性能為優(yōu)化對象,參考同類船舶船尾,利用Tribon

3、-Lines模塊生成兩種與母型船相似的帶有不同方形尾的方案船型,并通過商用CFX軟件對方案船型進行了粘性繞流場數(shù)值模擬計算和分析,研究了船尾線型的改變對船舶阻力性能的影響。研究結(jié)果表明,在以船體阻力性能為優(yōu)化對象時,RCSM-Ⅱ船型在相同的航速下阻力低、消耗的功率小、形狀效應小、粘壓阻力和摩擦阻力也相對較小,這說明RCSM-Ⅱ船型的推進效率較高,尾流場特性較好,其方形尾比較適用于高速船舶。
　　 然后,文中利用CFD軟件對RCS

4、M船型的水動力性能進行了預報和分析。在ICEM里建立二維船體剖面數(shù)值水池和三維船體數(shù)值水池,并對計算域進行全結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格劃分。應用滑移網(wǎng)格和動網(wǎng)格技術,在Fluent軟件中對計算模型各工況進行船體受迫振蕩數(shù)值模擬計算,給出了振蕩運動的速度矢量分布,以及船體相關方向的受力和力矩的時歷曲線,并通過理論公式計算得到船體的附加質(zhì)量和阻尼系數(shù)。計算結(jié)果證明了該方法能夠很好的用于船舶的水動力性能預報和繞流場的研究分析;同時在模型建立,網(wǎng)格劃分(特別是

5、滑移網(wǎng)格和動網(wǎng)格技術),邊界條件處理等方面積累了一些經(jīng)驗,為進一步利用CFD方法研究船舶的水動力性能和繞流場打下了良好的基礎。
　　 最后,利用CFD軟件模擬了RCSM船型甲板氣流場的風洞實驗,主要針對艦船在迎風直航以及斜風航行中無橫搖和橫搖運動兩種狀態(tài)下進行計算分析。文中首先利用CFD軟件模擬了船體在無橫搖運動情況下迎風直航以及斜風航行中的風洞實驗,通過對計算結(jié)果可視化處理后得出了關鍵點速度值、流場壓力云圖、湍流強度云圖、速度

6、矢量圖等氣流場數(shù)據(jù)和物理量,并針對關鍵區(qū)域探討了氣流場分布、湍流活躍區(qū)域;然后通過CFD動計算域和滑移網(wǎng)格技術計算了艦船產(chǎn)生橫搖運動時在迎風直航以及斜風航行中甲板附近氣流場的變化,并與無橫搖運動狀態(tài)甲板氣流場進行了對比,分析了關鍵區(qū)域氣流場分布、湍流活躍區(qū)域。計算分析結(jié)果顯示甲板氣流場在船體靜態(tài)(無搖動)和搖動后的氣流場的速度分布是不一樣的,特別是在船體角速度最大的平衡位置。當船體發(fā)生搖動后,甲板氣流場分布將隨橫搖角θ(t)的變化而發(fā)生