水面船舶和高性能多體船興波與阻力性能計(jì)算.pdf

1、在船舶設(shè)計(jì)中，對船舶阻力和船體粘性繞流場的精確預(yù)報(bào)非常重要。長時(shí)間以來人們將船舶阻力分為粘性阻力和興波阻力彼此獨(dú)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(jì)算機(jī)的快速發(fā)展，船舶計(jì)算流體力學(xué)方法在計(jì)算能力和實(shí)用化方面都發(fā)生了深刻的變化，其計(jì)算船舶的阻力和模擬周圍流場的流動細(xì)節(jié)的功能越來越強(qiáng)。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(jì)算對象包括：典型標(biāo)準(zhǔn)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(yàn)結(jié)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(shí)還給出了流場流動細(xì)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(xué)船型的阻力和粘性流場問題進(jìn)行數(shù)值計(jì)算驗(yàn)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(jì)算船模阻力系數(shù)和船體表面波高圖與模型試驗(yàn)結(jié)果，結(jié)果吻合較好，一方面驗(yàn)證了本文程序算法的可靠性，另一方面為其它復(fù)雜船型的自由面流場模擬提供一些經(jīng)驗(yàn)。
　　其次，本文分別對其它兩類典型標(biāo)準(zhǔn)水面船型（DTMB5415驅(qū)逐艦和60系列船型）的阻力系數(shù)和流場細(xì)節(jié)進(jìn)行數(shù)值模擬。對于DTMB5415船型，獲得了與試驗(yàn)吻合較好的阻力系數(shù)和船體表面波高，較準(zhǔn)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(yàn)值相符的阻力系數(shù)值，而且還詳細(xì)給出了整個(gè)流場的流動細(xì)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(jié)構(gòu)化網(wǎng)格生成的復(fù)雜性，本文結(jié)合重疊網(wǎng)格(overset)技術(shù)，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(shí)的阻力和粘性流場進(jìn)行數(shù)值模擬：
　　對于高速雙體船來說，片體船型的選擇、設(shè)計(jì)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(gè)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(shè)計(jì)提供參考價(jià)值。
　　對于高速三體船而言，側(cè)體的對稱性、排水量，側(cè)體相對主體的布置位置以及主側(cè)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(cè)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(cè)體位置(3個(gè)橫向偏距，3個(gè)縱向偏距共9個(gè)狀態(tài))計(jì)算三體船模型在Fr=0.3~0.6時(shí)的阻力系數(shù)，以確定側(cè)體的最佳位置，結(jié)果顯示不存在某一側(cè)體布局的阻力性能在全航速范圍內(nèi)都優(yōu)于其它方案；對于較高傅汝德數(shù) Fr，側(cè)體布置在縱向靠后、橫向距中較小的位置時(shí)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(xì)節(jié)圖供以后設(shè)計(jì)參考。
　　最后本文對應(yīng)用已有程序的計(jì)算結(jié)果進(jìn)行總結(jié)，說明本文的研究對用計(jì)算流體動力學(xué)（CFD）方法預(yù)報(bào)水面船舶