基于泰勒展开边界元法的船舶波浪增阻计算分析研究

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1、分类号：密级：ＵＤＣ：编号：工学硕士学位论文基于泰勒展开边界元法的船舶波浪增阻计算分析研究硕士研究生：朱城锜指导教师：段文洋教授学科、专业：力学论文主审人：马山教授哈尔滨工程大学2018年3月分类号：密级：ＵＤＣ：编号：工学硕士学位论文基于泰勒展开边界元法的船舶波浪增阻计算分析研究硕士研究生：朱城锜指导教师：段文洋教授学位级别：工学硕士学科、专业：力学所在单位：船舶工程学院论文提交日期：2018年1月论文答辩日期：2018年3月学位授予单位：哈尔滨工程大学ClassifiedIndex:U.D.C:ADissertationfortheDegre

2、eofM.EngCalculationandAnalysisofShipAddedResistanceBasedonTaylorExpensionBoundaryElementMethodCandidate:ZhuChengqiSupervisor:Prof.DuanWenyangAcademicDegreeAppliedfor:MasterofEngineeringSpecialty:FluidMechanicsDateofSubmission:Jan.2018DateofOralExamination:Mar.2018University:H

3、arbinEngineeringUniversity哈尔滨工程大学学位论文原创性声明本人郑重声明：本论文的所有工作，是在导师的指导下，由作者本人独立完成的。有关观点、方法、数据和文献的引用已在文中指出，并与参考文献相对应。除文中已注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经公开发表的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。作者（签字）：日期：年月日哈尔滨工程大学学位论文授权使用声明本人完全了解学校保护知识产权的有关规定，即研究生在校攻读学位期间论文工作的知识产权属

4、于哈尔滨工程大学。哈尔滨工程大学有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件。本人允许哈尔滨工程大学将论文的部分或全部内容编入有关数据库进行检索，可采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文，可以公布论文的全部内容。同时本人保证毕业后结合学位论文研究课题再撰写的论文一律注明作者第一署名单位为哈尔滨工程大学。学位论文待解密后适用本声明。本论文（□在授予学位后即可□在授予学位12个月后□解密后）由哈尔滨工程大学送交有关部门进行保存、汇编等。作者（签字）：导师（签字）：日期：年月日年月日基于泰勒展开边界元法的船舶波浪增阻计算分析研究摘要在绿色

5、船舶、安全船舶的发展趋势下，国际海事组织先后提出EEDI（EnergyEffi-ciencyDesignIndex，能效设计指数）和最小推进功率导则，前者中的失速系数fw直接影响到船舶的EEDI核算能否通过，后者需要船舶在风浪中保证一定航行速度。船舶波浪增阻一方面是影响失速系数的主要因素，另一方面也是核准船舶最小推进功率的重要组成部分。为此，本文基于泰勒展开边界元方法进行了波浪增阻的计算方法研究。首先给出了有航速迎浪状态下的定解问题。本文在使用的泰勒展开边界元方法（TEBEM）中加入了匹配技巧，外域使用时域格林函数以顺利的外传波浪；內域使用泰勒展

6、开方法以更精确的求解非光滑边界速度势及其导数。在速度势及其导数求解完成后，使用伯努利方程在船体表面对压力积分得到一阶力，之后使用四阶龙格库塔积分求解船舶垂荡、纵摇运动，最后在船体表面再次使用伯努利积分以得到二阶平均波漂力，即要求的波浪增阻值。第二，以KCS集装箱船、KVLCC2油船为例进行TEBEM法数值方法的初步验证，并将计算结果与实验值、其他数值方法相比较验证，证明该方法对运动及波浪增阻求解有效。并对这两条船进行各增阻成分、船体各部分对增阻贡献的对比。第三，使用TEBEM法对具有代表性的三条船：肥大型船KVLCC2、大外飘型船KCS、集装箱船

7、S175进行了计算。将计算过程中用到的参数分为空间类离散参数、时间类离散参数以及自由面条件假设参数，并各自独立的进行收敛性计算分析。最终得到了一组通用的，兼顾计算精度和计算效率的无因次化参数。之后取这组无因次化参数，对两条船进行各增阻成分项的拆分比较，以初步验证这组无因次化参数的有效性。第四，将上述的无因次化参数固定后，求解另外三条标模船：Wigley船、方型系数0.7的Series60船、DTC船，并将计算结果与另外数值方法、实验值相比较。证实了这种固定无因次离散参数的方法对求解波浪增阻问题是实用有效的。第五，将TEBEM法计算结果与CFD方法

8、、日本经验公式、STF/半经验公式方法的数值结果进行对比，证明了本文使用的方法在满足工程计算时间要求的前提下，有较好的计算精度。关键词：