基于势流—黏流耦合计算的船体自航性能cfd研究

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1、申请上海交通大学硕士学位论文基于势流-黏流耦合计算的船体自航性能CFD研究学校：上海交通大学院系：船舶海洋与建筑工程学院班级：B11201095学号：1120109146专业：船舶与海洋结构物设计制造硕士生：郑洋导师：陈作钢（研究员）上海交通大学船舶海洋与建筑工程学院2015年1月DissertationSubmittedtoShanghaiJiaoTongUniversityfortheDegreeofMasterofEngineeringNUMBERICALSUTDYOFSHIP’SSELF-PROPULSIONPERFORMANCEWITHANITERATIVEB

2、ODY-FORCEPROPELLERMODELCandidate:YangZhengStudentID:1120109146Supervisor:Prof.Zuo-GangChenAcademicDegreeAppliedfor:MasterofEngineeringNavalArchitectureandOceanSpecialty:EngineeringSchoolofNavalArchitecture,OceanAffiliation:&CivilEngineeringDateofDefense:January2015DegreeConferringInstitu

3、tion:ShanghaiJiaoTongUniversity上海交通大学学位论文原创性声明－本人郑重声明：所呈交的学位论文《基于势流黏流稱合计算的船体自航性能ＣＦＤ研究》，是本人在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中＾＾明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。学位论文作者签名；ｉｆ４日期；；１化年月日上海交通大学学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留，

4、、使用学位论文的规定同意学校保留并向国家有关部ｎ或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权上海交通大学可Ｗ将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可Ｗ采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。本学位论文属于保密□，在年解密后适用本授权书。不保密ｓ／＂＂（请在Ｗ上方框内打Ｖ）户学位论文作者签名；：濤今指导教师參名Ｔ和日期；〇／月ａ日日期：年月日２〇皮年心（上海交通大学硕士学位论文基于势流-黏流耦合计算的船体自航性能CFD研究摘要推进器作为船舶航行动力的核心，与船舶的快速性、经济型和安全性

5、等性能因素紧紧相关。螺旋桨是目前应用最为广泛的一种推进器，与船体构成一个完整的系统，桨和船体的相互作用对船舶性能有着多方面的影响。因此，船桨之间的相互作用的深入研究，在传统船型的优化设计、新船型开发和船舶航行性能改善等方面将起到重要的作用。具有一定的理论意义和工程实践价值。在流体力学的研究中，常用的方法有理论研究方法、数值计算方法和实验研究方法。理论研究方法，尽管能够普遍、清晰地揭示出流动的内在规律，但其受到理论模型简单且模型数量少的限制，还不能够切实有效地解决实际工程问题。实验研究方法虽然具有能够得到可靠流场信息的显著特点，却常由于相似准则局限的原因，不能够全部满足尺

6、寸限制、边界影响等，并且还需要投入大量的经费。数值计算方法需要较少的经费，并且耗费时间少，计算结果的精度也很高。近年来，随着计算机技术不断地发展和进步，使得计算机在解决计算量大的问题时，在经费支出和时间成本上拥有明显的优势。在此情景下，计算流体动力学（CFD）受到了很多研究学者的青睐，使得其在研究船舶性能方面拥有广阔的前景。船舶的推进性能和自航性能研究中涉及到船桨相互作用的问题。本文应用商用CFD软件FLUENT，使用迭代型体积力模型代替真实螺旋桨在船后的作用，分别对船舶在一定螺旋桨转速下的推进性能和船舶的自航性能进行了数值模拟计算。利用基于升力面法中的涡格法（Vort

7、exLatticeMethod,VLM）的螺旋桨势流程序对船后螺旋桨的水动力性能进行计算，使用FLUENT软件中自带的用户自定义功能（User-DefinedFunction,UDF）将体积力加载到FLUENT中进行黏流计算，在黏流计算收敛后，将船后螺旋桨作用区域的速度场通过UDF输出给势流程序继续计算，这样势流-黏流间相互迭代数次后，直至螺旋桨的性能参数收上海交通大学硕士学位论文敛为止。计算结果表明，采用迭代型体积力模型代替螺旋桨的作用，能够在较短的时间内准确地完成船舶性能的预报工作。关键词：CFD，船桨干扰，船舶自航，升力面法，迭代型