破浪航行雙體船的水動力性能分析.pdf

1、船舶耐波性的準確預報是船舶設計的關鍵要素之一。船舶在波浪中航行時，產(chǎn)生的垂蕩和縱搖等運動會造成船舶阻力增加；波浪沖上甲板發(fā)生的強非線性現(xiàn)象使得耐波性問題更加復雜。目前對于船舶耐波性的研究可分為物理模型實驗和數(shù)值模擬兩種方法。物理模型實驗可靠性高，但是成本高、周期長，易受到測量設備的限制。傳統(tǒng)的數(shù)值計算方法大都基于勢流理論，忽略了流體粘性作用，很難考慮非線性影響。相比之下，基于粘性流理論的計算流體力學（Computational Flui

2、d Dynamics，CFD）可充分考慮粘性效應和非線性效應，因此得到了廣泛的關注。本文在系統(tǒng)地回顧和總結(jié)船體運動響應和波浪增阻等水動力學問題的基礎上，展開了如下研究工作：
　　首先，基于CFD軟件FINE/Marine建立了三維數(shù)值波浪水池，通過求解不可壓縮RANS（Reynolds-Average Navier-Stokes）方程和k-ω（SST-Menter）湍流模型模擬船體阻力和粘性流場。先對收斂性進行了系統(tǒng)的驗證，然后對

3、標準Wigley船在靜水中勻速航行問題進行了數(shù)值模擬，將得到的波切圖、波高圖、船體表面壓力分布圖和興波阻力等結(jié)果與模型實驗結(jié)果進行對比，結(jié)果吻合良好，驗證了數(shù)值模型在興波問題上的計算精度。
　　其次，進行了航行船舶輻射問題的數(shù)值模擬，模擬了不同頻率下Wigley船的強制垂蕩和縱搖運動，計算了附加質(zhì)量和輻射阻尼系數(shù)，并與實驗值進行對比驗證了輻射問題的精度。再模擬Wigley船在不同波長的規(guī)則波下以固定航姿航行所受到的波浪激振力：垂蕩

4、力、縱蕩力和縱搖力矩，與實驗結(jié)果對比驗證了繞射問題的精度。
　　而后，計算了其分別在線性波浪和非線性波浪中的船體運動和波浪增阻，將線性波浪中的結(jié)果與相應的實驗結(jié)果進行對比，驗證了其模擬自由運動問題的精確性和可靠性；通過對比線性波浪和非線性波浪中計算結(jié)果的差別，來探究非線性效應對波浪增阻的影響。
　　最后，模擬雙體Wigley船在靜水中航行的定常興波問題，計算興波阻力系數(shù)與相應實驗結(jié)果對比，驗證了數(shù)值模型的適用性。然后計算雙體