数值流场环境下船舶Z形试验模拟研究

来源 :大连海事大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:johntoo
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船舶操纵性是船舶重要水动力性能之一,与船舶航行的安全性和经济性密切相关。随着航运业和造船业的迅猛发展,现代化船舶向着大型化,高速化和专业化等方向发展,船舶航行的密度在不断增大,船舶操纵的难度也在不断加大。近年来,由于船舶操纵性原因而导致的碰撞、触底等海难事故时有发生,不仅造成了巨大的经济损失和人员伤亡,而且还严重的污染了海洋环境。为减少和避免因船舶操纵性而发生的海难事故和导致的严重后果,国际海事组织(InternationalMaritime Organization,IMO)在1993年和2002年分别颁布了临时和正式的船舶操纵性标准,对船舶设计阶段的操纵性预报提供了定量的标准要求。至此以后,国际上掀起了对船舶操纵性研究的热潮。  近年来,随着计算机科学技术的快速发展和数值模拟方法的不断完善,计算流体力学(Computational Fluid Dynamics,CFD)方法被越来越多地应用于船舶水动力方面的研究。本文基于CFD理论,采用雷诺平均NS(Reynolds averagedNavier-Stokes,RANS)方程作为控制方程,应用SST k-ω湍流模型结合壁面函数使控制方程封闭;自由面模拟采用单相LevelSet方法;螺旋桨模型采用体积力模型;采用重叠网格技术实现结构化网格的划分和船舶6自由度运动;运用有限体积法(Finite Volume Method,FVM)对RANS方程进行离散,并采用PISO(Pressure implicitsplit-operator,压力隐式算子分割)算法进行耦合求解;对船舶Z形10°/10°操纵试验粘性流场进行数值模拟。  本文以大连海事大学教学实习船“育鲲”轮为研究对象,数值模拟Z形10°/10°操纵试验,通过将数值计算结果与实船试验数据相比较,航向、舵角和速度误差均在10%以内,并对自由面波形及船体和舵表面的压力做出了分析。本文所采用的数值方法成功地实现船舶Z形操纵试验的数值模拟,可为进一步研究更为复杂的操纵性问题提供参考和帮助。
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