水面船舶和高性能多體船興波與阻力性能計算.pdf

1、在船舶設計中，對船舶阻力和船體粘性繞流場的精確預報非常重要。長時間以來人們將船舶阻力分為粘性阻力和興波阻力彼此獨立的兩部分，即采用勢流理論方法處理自由面，求解興波阻力，忽略了粘性對自由面的影響，不能清楚給出船后伴流和船尾波情況。隨著計算機的快速發(fā)展，船舶計算流體力學方法在計算能力和實用化方面都發(fā)生了深刻的變化，其計算船舶的阻力和模擬周圍流場的流動細節(jié)的功能越來越強。本文就是通過求解 RANS方程數(shù)值模擬各種水面船型的阻力和粘性繞流場問題

2、；計算對象包括：典型標準水面單體船，由 Wigley單體組成的雙體船和三體船；最終得到與試驗結果吻合較好的水面船舶阻力系數(shù)、船體表面波高圖等，同時還給出了流場流動細節(jié)圖。本文工作具體過程如下：
　　首先，本文通過采用PISO(Pressure Implicit with Splitting of Operators)算法求解不可壓縮RANS方程，對Wigley數(shù)學船型的阻力和粘性流場問題進行數(shù)值計算驗證，其中自由面的模擬采用單相L

3、evel set方法，湍流模式選取SST k-ω模型。將計算船模阻力系數(shù)和船體表面波高圖與模型試驗結果，結果吻合較好，一方面驗證了本文程序算法的可靠性，另一方面為其它復雜船型的自由面流場模擬提供一些經驗。
　　其次，本文分別對其它兩類典型標準水面船型（DTMB5415驅逐艦和60系列船型）的阻力系數(shù)和流場細節(jié)進行數(shù)值模擬。對于DTMB5415船型，獲得了與試驗吻合較好的阻力系數(shù)和船體表面波高，較準確地捕捉到船體尾部伴流的重要特征；

4、對于系列60船型，不僅獲得了一系列航速下與試驗值相符的阻力系數(shù)值，而且還詳細給出了整個流場的流動細節(jié)圖（如速度、壓力分布圖，船后渦粘圖等）。
　　再次，考慮到多體船結構化網格生成的復雜性，本文結合重疊網格(overset)技術，基于上述基本理論和算法，分別對Wigley雙體船和三體船直航時的阻力和粘性流場進行數(shù)值模擬：
　　對于高速雙體船來說，片體船型的選擇、設計航速以及片體間距比的選取都將影響其各方面性能。本文主要研究了片

5、體間距與船長比值（K/L）和傅汝德數(shù)Fr對雙體船阻力性能的影響，將雙體船總阻力與兩個片體阻力之和比較，通過繪制剩余阻力系數(shù)曲線，捕捉船體表面波高圖及自由面波形圖分析片體間的興波干擾，并且給出典型片體布局下高速雙體船的流場分析圖，為高速雙體船的設計提供參考價值。
　　對于高速三體船而言，側體的對稱性、排水量，側體相對主體的布置位置以及主側體間的線型配合都是影響三體船性能的因素。本文主要研究側體的布置位置對高速三體船阻力性能的影響，通

6、過改變側體位置(3個橫向偏距，3個縱向偏距共9個狀態(tài))計算三體船模型在Fr=0.3~0.6時的阻力系數(shù)，以確定側體的最佳位置，結果顯示不存在某一側體布局的阻力性能在全航速范圍內都優(yōu)于其它方案；對于較高傅汝德數(shù) Fr，側體布置在縱向靠后、橫向距中較小的位置時出現(xiàn)興波有利干擾；而后給出此布置下的高速三體船流場細節(jié)圖供以后設計參考。
　　最后本文對應用已有程序的計算結果進行總結，說明本文的研究對用計算流體動力學（CFD）方法預報水面船舶