基于CFD的船舶破艙流動(dòng)過程模擬研究.pdf

1、船舶海難事故嚴(yán)重影響人命和船貨安全，在船舶設(shè)計(jì)與打撈救助中，需對(duì)受損船舶進(jìn)行研究，其中，對(duì)破損穩(wěn)性的研究意義重大，同時(shí)在船舶破艙流動(dòng)過程中，還需關(guān)注流體運(yùn)動(dòng)、艙內(nèi)液面變化、自由液面波動(dòng)等現(xiàn)象。本文以計(jì)算流體力學(xué)（CFD）軟件中的Fluent為研究工具，在多種船體破損情況下，對(duì)復(fù)雜多艙室三維船體進(jìn)水、某油船實(shí)尺度泄油進(jìn)水進(jìn)行了全過程的時(shí)域模擬研究，同時(shí)也模擬研究了破艙孔口流動(dòng)特性。
　　首先，本文對(duì)數(shù)值模擬方法進(jìn)行建立，在Gambi

2、t平臺(tái)中劃分網(wǎng)格，針對(duì)不同網(wǎng)格，計(jì)算其最佳收斂時(shí)間步長(zhǎng)，并進(jìn)行收斂性分析，根據(jù)實(shí)際情況，設(shè)置軟件參數(shù)，選擇合適的流動(dòng)模型，以建立完整的研究方法。
　　本文利用上述研究方法，針對(duì)箱型船（多艙室）和矩形艙體，進(jìn)行了固定船舶狀態(tài)和自由漂浮狀態(tài)的破艙流動(dòng)模擬研究，其中，利用VOF方法處理水氣自由液面，利用六自由度（Six-DOF）求解器和動(dòng)網(wǎng)格技術(shù)處理船體的縱傾、升沉運(yùn)動(dòng)。將研究結(jié)果與現(xiàn)有結(jié)果驗(yàn)證對(duì)比，吻合度高。模擬過程中，可直接觀察到艙

3、內(nèi)液面和船體浮態(tài)的變化情況，及水柱噴射等瞬時(shí)現(xiàn)象。對(duì)自由漂浮狀態(tài)箱型船進(jìn)水過程的研究表明，對(duì)船體選定一個(gè)運(yùn)動(dòng)幅度較大的自由度進(jìn)行模擬，被限制的其它五個(gè)自由度對(duì)艙內(nèi)液面和船體浮態(tài)影響較小。
　　本文數(shù)值模擬方法可對(duì)流量系數(shù)作較為準(zhǔn)確的估算，模擬計(jì)算過程能反應(yīng)更加真實(shí)的流動(dòng)，流量系數(shù)是評(píng)估破壞情形的一個(gè)重要因素，由于流體力學(xué)軟件模擬復(fù)雜流動(dòng)受計(jì)算速度限制，流量系數(shù)可用于顯著提高流動(dòng)過程的快速簡(jiǎn)化計(jì)算的準(zhǔn)確性。本文使用Fluent進(jìn)行破

4、艙孔口流動(dòng)模擬后，對(duì)照實(shí)驗(yàn)結(jié)果選用了結(jié)果良好的計(jì)算方法，對(duì)模擬結(jié)果進(jìn)行處理，得出流量系數(shù)。并在不同情形的孔口中進(jìn)行了流量系數(shù)的研究分析。
　　最后，本文利用數(shù)值模擬方法對(duì)油水氣三相流進(jìn)行模擬驗(yàn)證，并對(duì)某油船進(jìn)行了破艙泄油進(jìn)水模擬分析。結(jié)果表明，邊艙的設(shè)計(jì)在一定程度上限制了油的外泄。泄油初期，部分泄油直接由油艙噴入海水，因而加大側(cè)邊艙的寬度可能有助于減少油的外泄。在模擬結(jié)果中，油船發(fā)生橫搖和垂蕩的幅度相對(duì)較小，與運(yùn)動(dòng)狀態(tài)油船相比，固