船舶操纵运动粘性水动力数值与试验研究.pdf-硕士论文.pdf

船舶操纵运动粘性水动力数值与试验研究.pdf-硕士论文 上海交通大学
硕士学位论文
船舶操纵运动粘性水动力数值与试验研究
姓名:田喜民
申请学位级别:硕士
专业:船舶与海洋结构物设计制造
指导教师:邹早建
20080101
上海交通大学硕士学位论文

船舶操纵运动粘性水动力数值与试验研究
摘要1
采用计算流体动力学(CFD)技术实现在船舶设计阶段对船舶水动力
性能的预报,在船舶生产过程中具有重大的工程应用价值,并且在目前
是一个富有挑战性的课题。近十多年来,随着船舶 CFD 计算方法和计算
能力的发展,数值预报精度的不断提高,其对船舶优化设计的指导作用
也日益突出,并有与船模试验并驾齐驱、取代部分船模试验的趋势。在
船舶操纵性方面,这类方法虽处于初始阶段,但已获得重大进展。目前,
第 25 届 ITTC 操纵性技术委员会正在组织一项旨在对各种预报操纵性的
模拟方法进行验证和确认的比较研究。本文正是在这种背景下,利用 CFD
方法对船舶操纵运动粘性水动力进行了数值研究。
本文主要以三大主力船型中的大型油轮、上述比较研究中的标准船
型之一 2 为研究对象,主要对该船型船模在深水状态下作斜航运
动的粘性流场进行了数值模拟,计算了作用在船模上的横向水动力、艏
摇力矩及表面压力分布。
随着船舶向大型化发展,通常的港湾、运河等相对于这些超大型船
舶成为限制航道,由于运动和受力特点的不同,船舶在限制水域中的操

1 本文工作得到国家自然科学基金项目(10572094)和上海市自然科学基金项目(06ZR14050)资助。
I
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纵性和在无限水域中的操纵性有很大的不同,船舶在限制水域中航行时
发生碰撞、触底等海难事故的危险性比在无限水域中航行时要大得多。
所以,满足 IMO 现行的船舶操纵性标准并不能确保船舶航行安全性;要
切实提高航行安全性,迫切需要从研究限制水域中的船舶操纵运动与受
力特点出发研究限制水域中的操纵性,并制定相应的限制水域船舶操纵
性标准。在这种背景下,本文计算了 2 船模在浅水状态下所受的
横向水动力、艏摇力矩及表面压力,并与深水情况进行了对比,给出了
相对于深水情况下水动力修正系数,以此来说明水深对操纵运动水动力
的影响。
为了参与 ITTC 操纵性技术委员会组织的比较研究,上海交通大学
和中国船舶科学研究中心(702 所)进行了有效的合作,以 2 为
对象,在船池中进行了斜拖试验,测量了作用在船模上的水动力。本文
介绍了在上海交通大学拖曳水池中进行的模型试验,给出了 2 船
模的斜拖试验结果,并与本文的计算结果进行了对比,验证了本文的计
算结果。
关键词:船舶操纵,水动力,粘性流,CFD,数值模拟
II
上海交通大学硕士学位论文

A NUMERICAL AND EXPERIMENTAL RESEARCH ON
THE VISCOUS HYDRODYNAMIC FORCES ACTING ON A
SHIP IN MANOEUVRING MOTION
ABSTRACT2
Accurate prediction of ship hydrodynamic performance at design stage
putational Fluid Dynamics (CFD) technique has important value
of engineering application in the ship industry. It is also a challenging subject
in the field of ship hydrodynamics. With the rapid development of
computational methods puter technology, ship CFD is ing a
practical tool in ship design during the last decades. In this respect, it tends to
be an alternative of towing tank tests. In the field of ship manoeuvrability,
although this method is still in the primary stage of development, it has
already achieved great progress. At present, the 25th ITTC manoeuvring
committee an