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船舶静水兴波阻力及波形求解分析

目录

摘要...................................................................................................................... I ABSTRACT ....................................................................................................... III 第一章绪论 (1)

1.1本文工作意义 (1)

1.2 船舶静水兴波阻力及船兴波角研究综述 (2)

1.2.1 船舶静水兴波阻力研究综述 (2)

1.2.2 船舶静水中航行兴波角研究综述 (5)

1.3 本文主要工作 (9)

第二章Neumann-Michell理论 (11)

2.1 Neumann-Michell理论特点 (11)

2.2 流场的边界积分公式 (12)

2.2.1 基本边界积分表达式 (12)

2.2.2 线性化 (13)

2.2.3 Neumann-Michell一致线性模型 (14)

2.2.4 Neumann-Kelvin线性模型 (15)

2.2.5显式的流场速度势近似解 (15)

2.2.6 波浪扰动项和近场扰动项的分解 (16)

2.2.7 数学变换 (16)

2.2.8 Neumann-Michell理论基本速度势表达式 (18)

2.2.9 NM流场公式简化 (19)

2.2.10 边界积分公式和迭代逼近求解 (19)

2.3数值计算应用中实用数学表达式 (20)

2.3.1 近场扰动项简化 (20)

2.3.2 波浪扰动项 (22)

2.3.3 数值滤波方法 (24)

2.3.4 波形、兴波阻力、升沉和纵倾计算 (27)

2.3.5 Hogner波浪速度势船首修正 (28)

2.3.6 利用驻相点理论求解远场波形的实用方法 (28)

2.4 本章小结 (38)

第三章NMShip-SJTU求解器 (39)

3.1 低阶面元网格离散方法 (39)

3.2 曲面积分数值方法 (40)

3.3 Fourier-Kochin积分数值方法 (41)

3.4 求解流程及程序框架 (42)

3.5 本章小结 (43)

第四章NMShip-SJTU求解器应用与验证 (45)

4.1 单体船定常兴波计算 (45)

4.2 双体船定常兴波计算 (53)

4.3 前后两Wigley船定常兴波计算 (63)

4.4 本章小结 (69)

第五章分布点源干涉法预报船舶兴波角 (71)

5.1 Kelvin驻相点理论 (71)

5.2 散波干涉法预报船舶最大兴波角 (73)

5.3 散波干涉法预报结果的数值验证 (76)

5.4 本章小结 (83)

第六章总结与展望 (85)

6.1 全文总结 (85)

6.2 研究展望 (85)

参考文献 (87)

致谢 (93)

攻读硕士学位期间已发表或录用的论文 (95)

图录

图 1 船兴波航拍图 ............................................................................................... 5 图 2 船兴波中的非线性孤立波特性 ................................................................... 6 图 3 5,12,19.47,25ψ= 四个角度场点的相函数及其导数图象。 ................... 30 图 4 横波、散波驻相点,及相函数及其导数在驻相点取值的函数图象。 . 31 图 5 5,12 波形切面,在不同1far h ,2far h ,1C ,2C 参数取值下(2.101)与精确结果比较。 ....................................................................................................... 35 图 6 19.47,20 波形切面,在不同1far h ,2far h ,1C ,2C 参数取值下(2.101)与精确结果比较。 ............................................................................................... 36 图 7 近场,远场横切面波形比较图 ................................................................. 37 图 8 兴波扰动项修正项效果 ............................................................................. 38 图 9 NMShip-SJTU 求解器求解流程图 ............................................................. 43 图 10 计算船型网格离散侧视图 ....................................................................... 45 图 11 截断滤波函数在不同截断波数情况下图象 ........................................... 46 图 12 使用NMShip-SJTU 求解器预报四条船型兴波阻力随航速的变化并与试验和数值结果比较 ................................................................................... 46 图 13使用NMShip-SJTU 求解器预报四条船型航行升沉随航速的变化并与试验和数值结果比较 ....................................................................................... 47 图 14使用NMShip-SJTU 求解器预报四条船型航行纵倾随航速的变化并与试验和数值结果比较 ....................................................................................... 48 图 15 不同航速下Wigley 船型船体表面兴波结果 .......................................... 49 图 16 不同航速下Series 60船型船体表面兴波结果 ....................................... 50 图 17不同航速下DTMB-5415船型船体表面兴波结果 ................................. 50 图 18 KCS 船型船体表面兴波结果 .................................................................... 51 图 19 Series 60船型自由面截面波形图 ............................................................. 52 图 20 DTMB-5415船型自由面截面波形图 ...................................................... 52 图 21 Delft (上)、S60(下)双体船网格侧视图 ............................................ 54 图 22 Delft 双体船计算网格船底仰视图 ........................................................... 54 图 23 Series 60双体船计算网格船底仰视图 ..................................................... 55 图 24 Delft 、Series 60双体船兴波阻力、总阻力系数随航速变化计算结果与实验值比较 ................................................................................................... 56 图 25 Delft 、Series 60双体船升沉随航速变化计算结果与实验值比较 .. (56)

图26 Delft、Series 60双体船纵倾随航速变化计算结果与实验值比较 (57)

图27 Delft船型三个航速下自由面波形切面数值结果与实验值比较 (57)

图28 Delft双体船(左边)片体间距S/L=0.233在Froude数为0.3、0.4、0.55、

0.8、1.2时的自由面兴波及Series 60双体船(右边)片体间距S/L=0.307

在Froude数为0.3、0.4、0.55、0.8、1.2时的自由面兴波计算结果。. 58 图29 Delft船型S/L=0.167、0.233、0.3三个片体间距和Series 60船型S/L=0.226、0.307、0.388三个片体间距在Froude数为0.45的时候自由面兴波计算结果。 (59)

图30 两Wigley船位置布置俯视图 (64)

图31 CFD计算网格 (65)

图32 线性势流计算自由面以及船体表面网格 (66)

图33三种位置布局情况下前后两条船兴波阻力系数对比 (66)

图34 一前一后两Wigley船不同位置布置自由面兴波图 (68)

图35 不同航速下波幅函数随角度变化图 (74)

图36 最大兴波角随航速变化情况 (75)

图37六个单体船Froude数0.58时自由面兴波图 (78)

图38六个单体船Froude数0.68时自由面兴波图 (79)

图39六个单体船Froude数0.86时自由面兴波图 (79)

图40六个单体船Froude数1.58时自由面兴波图 (80)

图41 表4六双体船横向Froude数为1时自由面兴波图 (81)

图42 表4六双体船横向Froude数为2.5时自由面兴波图 (82)

图43 表5双体船横向Froude数为1、1.5不同片体间距时自由面兴波图 82 图44 表5双体船横向Froude数为2、2.5不同片体间距时自由面兴波图 83

表录

表 1 Delft、S60双体船船型参数及船表面网格数量表 (54)

表 2 船型主尺度参数 (75)

表 3 单体船参数表 (77)

表 4 图41、图42双体船片体参数表 (80)

表 5 双体船片体参数表 (81)

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