基于CFD的穿浪雙體船耐波性預(yù)報技術(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，同時也保留了常規(guī)雙體船甲板面積寬闊的優(yōu)點，被廣泛的應(yīng)用于民用和軍用領(lǐng)域。然而，在不斷發(fā)展的過程中，研究者們發(fā)現(xiàn)穿浪雙體船在海上高速航行時的垂蕩和縱搖的耦合運動會對船舶舒適性能造成不利的影響。因此在船型優(yōu)化設(shè)計的初期，需要合理的對穿浪雙體船在波浪中的運動進行預(yù)報。目前針對穿浪雙體船在波浪中的運動預(yù)報方法以及不同浪向角下運動性能的研究等工作還不夠完善。由于穿

2、浪雙體船在大幅運動過程中，穿浪艏的反復(fù)入水和出水，瞬時濕表面積發(fā)生劇烈變化，同時中體入水使得片體間產(chǎn)生破浪現(xiàn)象，流場的非線性效應(yīng)較強，因此對于其運動過程中的流場細節(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)報中，對穿浪雙體船在迎浪中的運動性能進行研究，探討其運動的非線性以及流場的細節(jié)變化，并對不同浪向角下的運動響應(yīng)進行初步預(yù)報。
　　首先，基于 CFD理論建立了適用于船

3、舶耐波性計算的三維粘性數(shù)值波浪水池，引入三維數(shù)值造波和消波技術(shù)，對波浪進行了有效的數(shù)值模擬，通過引入重疊動網(wǎng)格技術(shù)，探討了重疊網(wǎng)格在計算船舶耐波性方面的適用性，同時對整個流場中的網(wǎng)格劃分方法進行了研究，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)化的耐波性計算網(wǎng)格。
　　其次，針對某穿浪雙體船船模，利用三維數(shù)值波浪水池技術(shù)對其在迎浪中的垂蕩和縱搖運動進行預(yù)報，并與試驗值進行比較。通過運動相位和自然

4、頻率的估算，得到船舶相對波面運動的規(guī)律以及最大運動響應(yīng)所對應(yīng)的頻率和航速范圍，同時數(shù)值分析了穿浪艏對船體運動性能的影響。在此基礎(chǔ)上進一步對迎浪中的運動非線性問題進行研究，計算得出垂蕩和縱搖運動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)流動以及流場的非線性特征。
　　最后，本文對穿浪雙體船在橫浪以及斜浪中的運動預(yù)報技術(shù)進行研究，對零航速下浪向角為45度，90度，120度，135度下的三自由度運動進行了預(yù)報，對比了不同