基于CFD的穿浪雙體船耐波性預(yù)報(bào)技術(shù)研究.pdf

1、穿浪雙體船是高性能船舶領(lǐng)域中發(fā)展最為迅速的船型之一，其不但具有良好的快速性和耐波性，同時(shí)也保留了常規(guī)雙體船甲板面積寬闊的優(yōu)點(diǎn)，被廣泛的應(yīng)用于民用和軍用領(lǐng)域。然而，在不斷發(fā)展的過(guò)程中，研究者們發(fā)現(xiàn)穿浪雙體船在海上高速航行時(shí)的垂蕩和縱搖的耦合運(yùn)動(dòng)會(huì)對(duì)船舶舒適性能造成不利的影響。因此在船型優(yōu)化設(shè)計(jì)的初期，需要合理的對(duì)穿浪雙體船在波浪中的運(yùn)動(dòng)進(jìn)行預(yù)報(bào)。目前針對(duì)穿浪雙體船在波浪中的運(yùn)動(dòng)預(yù)報(bào)方法以及不同浪向角下運(yùn)動(dòng)性能的研究等工作還不夠完善。由于穿

2、浪雙體船在大幅運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，穿浪艏的反復(fù)入水和出水，瞬時(shí)濕表面積發(fā)生劇烈變化，同時(shí)中體入水使得片體間產(chǎn)生破浪現(xiàn)象，流場(chǎng)的非線性效應(yīng)較強(qiáng)，因此對(duì)于其運(yùn)動(dòng)過(guò)程中的流場(chǎng)細(xì)節(jié)模擬十分重要。本文在前人研究的基礎(chǔ)上，將基于 CFD的三維粘性數(shù)值波浪水池技術(shù)應(yīng)用到穿浪雙體船的耐波性預(yù)報(bào)中，對(duì)穿浪雙體船在迎浪中的運(yùn)動(dòng)性能進(jìn)行研究，探討其運(yùn)動(dòng)的非線性以及流場(chǎng)的細(xì)節(jié)變化，并對(duì)不同浪向角下的運(yùn)動(dòng)響應(yīng)進(jìn)行初步預(yù)報(bào)。
　　首先，基于 CFD理論建立了適用于船

3、舶耐波性計(jì)算的三維粘性數(shù)值波浪水池，引入三維數(shù)值造波和消波技術(shù)，對(duì)波浪進(jìn)行了有效的數(shù)值模擬，通過(guò)引入重疊動(dòng)網(wǎng)格技術(shù)，探討了重疊網(wǎng)格在計(jì)算船舶耐波性方面的適用性，同時(shí)對(duì)整個(gè)流場(chǎng)中的網(wǎng)格劃分方法進(jìn)行了研究，如：船體周圍網(wǎng)格劃分，邊界層網(wǎng)格劃分，自由波面上的網(wǎng)格分布等，選取得到一套最優(yōu)化的耐波性計(jì)算網(wǎng)格。
　　其次，針對(duì)某穿浪雙體船船模，利用三維數(shù)值波浪水池技術(shù)對(duì)其在迎浪中的垂蕩和縱搖運(yùn)動(dòng)進(jìn)行預(yù)報(bào)，并與試驗(yàn)值進(jìn)行比較。通過(guò)運(yùn)動(dòng)相位和自然

4、頻率的估算，得到船舶相對(duì)波面運(yùn)動(dòng)的規(guī)律以及最大運(yùn)動(dòng)響應(yīng)所對(duì)應(yīng)的頻率和航速范圍，同時(shí)數(shù)值分析了穿浪艏對(duì)船體運(yùn)動(dòng)性能的影響。在此基礎(chǔ)上進(jìn)一步對(duì)迎浪中的運(yùn)動(dòng)非線性問(wèn)題進(jìn)行研究，計(jì)算得出垂蕩和縱搖運(yùn)動(dòng)隨波陡的非線性變化規(guī)律，模擬了自由液面和槳盤面附近的非穩(wěn)態(tài)流動(dòng)以及流場(chǎng)的非線性特征。
　　最后，本文對(duì)穿浪雙體船在橫浪以及斜浪中的運(yùn)動(dòng)預(yù)報(bào)技術(shù)進(jìn)行研究，對(duì)零航速下浪向角為45度，90度，120度，135度下的三自由度運(yùn)動(dòng)進(jìn)行了預(yù)報(bào)，對(duì)比了不同