高速三体船波浪中运动与增阻cfd计算研究

《高速三体船波浪中运动与增阻cfd计算研究》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。

1、万方数据5l卷第4期(总第193期)20lO年12月中围造船SHIPBUILDINGOFCHnqA、，oI．5lNo．4(SerialNo．193)D∞．20lO文章编号：l000．4882(2010)04-ooOl-10高速三体船波浪中运动与增阻CFD计算研究吴乘胜，周德才，兰波，高雷(中国船舶科学研究中心，无锡214082)摘要基于数值波浪水池技术，对波浪中高速三体船运动及增阻进行CFD计算研究．控制方程—．RANs方程和连续性方程使用有限体积法离散，非线性自由面采用VOF方法处理；在入口边界模拟柔性造波板运动产生入射波，使用位于波浪

2、水池尾部的人工阻尼区消波．首先对规则波顶浪中单个主船体的运动和增阻进行了计算，并与高速细长体理论计算结果进行了比较；随后进行了三体船运动和增阻计算，分析了侧片体对主船体阻力增加的影响。为高速三体船耐波性研究提供了数值工具．关键词：船舶、舰船性能；高速三体船：运动；波浪增阻；cFD计算中图分类号：u661．3文献标识码：AO引言多体船是指利用间隔一定距离的三个或三个以上的瘦形船体，通过上部的强力构架连成一体的船舶。三体及三体以上的多体船主要特点之一是中高速阻力性能优于单体船和双体船。由于每个船体都是瘦长的，从而在高速航行时大幅度降低了兴波阻

3、力，容易获得较高的航速；并可通过调整片体间的相对位置，实现在较大的速度范围内，特别是高速段出现有利的兴波干扰。因而在兴波阻力占较大比例的高速段，以三体船为代表的多体船的总阻力会更小。此外，多体船耐波性也要优于单体船。这是由于多体船横向比较宽，一方面提供了较宽的飞行甲板和总布置的空间，另一方面也提供了较大的横摇力臂，可减小多体船的横摇运动；瘦长的主船体和位于偏舯后的侧片体，增加了多体船的纵摇惯性矩，起到减纵摇的作用：多体船也具有良好的垂荡运动性能；多体船在波浪中良好的运动性能，可使波浪增阻较小，从而可以实现波浪中的高速航行。近年来国内外对高

4、速三体船的研究越来越重视。当代三体船的研究已有近30年的历程，但直到90年代中期以后，高速三体船的研究才取得了较大发展，这期间国内外高速三体船的研究主要集中在水动力理论【I】、模型试验、船型优化【2】及概念设计方面，也有少量关于结构强度方面的研究：而英、美、澳等国已从高速三体船的理论和模型试验研究，突破到三体船实船的建造、实船试航与性能评估阶段。目前国内三体船研究虽已开展，但大多数以静水中阻力性能优化为目标，通过优化多体船水动力布局从而减小兴波阻力，研究人员做了大量研究工作【3-7】，取得了一些有价值的研究成果。三体船的高航速优势不仅表现

5、在静水中，其波浪中的阻力和运动性能也是优良的。国内外高速多体船耐波性理论研究的文献还不多见，通常采用二维切片法、高速细长体理论、三维时域势流理论等收稿日期，20lO．01．07I修改稿收稿日期t20lO．02．24万方数据中国造船学术论文方法【8田J，而粘流理论和方法在三体船耐波性研究中的应用还很少，目前仅处于起步阶段。由于粘性对于主船体与侧片体之间的干扰、船体辐射波、各种波系与船体之间的相互作用等都有一定影响，因而粘流方法也是三体船耐波性研究的重要方向和手段。本文基于数值波浪水池技术，研究了波浪中高速三体船环境波与船体波多种波系之间的干

6、扰、主船体与侧片体之间的干扰、以及波系与船体之间相瓦作用，并对规则波顶浪中高速=三体船运动及增阻进行了CFD计算，简要分析了侧片体对主船体运动和增阻的影响，为进行高速三体船耐波性研究提供了数值工具。1数学模型及控制方程本文数值模型的基础是数值波浪水池，其中自由波面使用vOF(VolumeofFluid，流体体积)方法处理。基丁：RANS方程的数值波浪水池数学模型的控制方程包括：连续性方程、体积分数方程、动量方程、湍流模型的足方程和占方程，以及数值造波与消波。1．1控制方程不可压缩流体流动的连续性方程为V·y=O(1)式中y为速度矢量。对于

7、水面船自由面绕流问题这种两相流，水与空气的质量都应该是守恒的。由于流体的不可压缩性，可以用体积分数写为孥+y．va。：oaf”计算区域内的每个控制体积都由水和／或空气充满，它们的体积分数之和应为l，即：(2)口。+口。=l(3)式中口表示体积分数，下标口和w分别代表空气和水。两相流同样要满足动量守恒方程：言(py)+V·∞∥)=一即+V·k(vy+VyT)]+昭+∥(4)式中：p为流体密度；∥是粘性系数；g为重力加速度；p是压力：厂为采用随体坐标系模拟运动而产生的非惯性项，其表达式为厂卅∞×y⋯(⋯)一等一鲁(5)式中，∞为角速度矢量，，

8、是位置矢量，l，，为物体重心的速度矢量。本文使用RNG七一F两方程湍流模型，其具体形式可以参阅相关文献。1．2数值造波与消波根据线性假设，规则波的波面高度函数为，7=彳cos【h一耐)(6)其