基于CFD的规则波中船舶波浪力模型研究

【摘要】随着现代船舶大型化、快速化以及船型多样化的发展,船舶操纵性往往很难得到准确预测,加之船舶通航密度的增大以及风、流、波浪等环境干扰因素的影响,船舶事故频繁发生。以船舶运动数学模型为核心的船舶操纵性仿真技术,成为船舶操纵性预报的一个重要手段。其中波浪力模型的计算精度将直接影响船舶在波浪中操纵性预报的准确性。近年来,计算机的计算能力得到极大提升,船舶CFD的计算能力也随之增强,算法不断更新,精度也逐渐提高。采用CFD技术模拟船舶波浪水池试验,较传统的波浪水池试验有成本低、周期短以及免于尺度效应影响等优势,对船舶的操纵性预报具有极大的意义和价值。本文以大连海事大学教学实习船“育鲲”轮为研究对象。首先根据“育鲲”轮船体型线图利用CAD软件进行船体实尺寸三维建模。然后针对模型建立数值波浪水池几何模型,并对计算域进行六面体网格划分。根据数值模拟试验条件,选择数学模型,定义边界条件,利用FLUENT商业软件进行迭代计算。本文采用VOF多相流模型、RNGk-ε湍流模型和高阶Stokes波浪模型,船体表面为无滑移条件,采用标准壁面函数求解近壁面流动,通过SIMPLE算法得到压力速度耦合方程组,利用二阶迎风格式对对流项控制方程进行离散。对“育鲲”轮进行阻力数值模拟试验。将数值模拟结果进行回归得到“育鲲”轮阻力系数曲线。将该曲线加入MMG船舶运动数学模型,利用MATLAB软件进行旋回操纵仿真。结果与实船试验数据比对,证明了采用CFD数值模拟的方法研究船舶水动力系数是可行的且结果准确性较高。接着对船舶进行纵浪试验和横浪试验数值模拟,得出船舶在近岸波浪参数下的波浪力。对两组数值模拟试验结果进行拟合,得到“育鲲”轮在近岸规则波中顶浪和横浪航行时波浪力计算的回归公式。经验证,本文所得波浪力模型计算结果符合工程要求。
【作者】陶毅涵；
【导师】杨林家；
【作者基本信息】大连海事大学，交通运输工程，2014，硕士
【关键词】数值波浪水池；波浪力模型；规则波；计算流体力学；

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