纵倾条件下船舶水动力性能试验及数值研究

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1、分类号：密级：UDC：编号：工学硕士学位论文纵倾条件下船舶水动力性能试验及数值研究硕士研究生：魏少鹏指导教师：郭春雨教授学科、专业：船舶与海洋结构物设计制造论文主审人：丁勇教授哈尔滨工程大学2018年1月分类号：密级：UDC：编号：工学硕士学位论文纵倾条件下船舶水动力性能试验及数值研究硕士研究生：魏少鹏指导教师：郭春雨教授学位级别：工学硕士学科、专业：船舶与海洋结构物设计制造所在单位：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Classifie

2、dIndex:U.D.C:ADissertationfortheDegreeofM.EngNumericalandexperimentalstudyonthehydrodynamicperformanceofshipundertrimconditionCandidate:WeiShaopengSupervisor:Prof.GuoChunyuAcademicDegreeAppliedfor:MasterofEngineeringSpecialty:DesignandConstructionofNa

3、valArchitectureandOceanStructureDateofSubmission:January.2018DateofOralExamination:March.2018University:HarbinEngineeringUniversity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

4、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

5、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。涉密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：年月日年月日纵倾条件下船舶水动力性能试验及数值研究摘要自“绿色船舶”概念于上世纪90年代提出以来，节能减排技术逐渐受到国际航运业的重视，我国也陆续实施相关绿色船舶规范。目前常见的船舶节能减排方式主要有节能附体装置、风帆辅助、新能源、纵倾优化等。相比其他节能

6、技术纵倾优化技术是一种节能效果显著、成本低廉的绿色技术，因此研究纵倾条件下船舶的水动力性能非常有必要。目前关于船舶纵倾优化研究大多只考虑裸船体的阻力性能，并未对节能机理进行详细说明，并且在数值预报过程中忽略了浮态变化及船桨耦合对绕流场及推进性能的影响，存在一定的误差。文章采用物理水池模型试验与CFD数值分析相结合的方法对标准船模KCS（KRISO）进行不同吃水（设计、压载、超载）、纵倾角下的船舶水动力性能研究。其中水池拖曳试验主要对船模阻力、升沉量及纵倾角进行测量，对比分析纵倾值变化对船模阻力及浮

7、态的影响，同时为数值预报提供试验支持。数值分析方法分别基于约束模与自由模进行计算，离散方法采用有限体积法，湍流模型采用RNGk,自由液面通过VOF方法进行捕捉，船模的初始纵倾角通过重叠网格进行调整，初始纵倾角与重心位置关系通过Solidworks建模软件确定。将约束模与自由模预报结果与试验值进行对比，结果表明自由模能够较好地捕捉变纵倾条件下船模的航行姿态及阻力，适合用于纵倾优化数值研究。在裸船体纵倾优化机理研究方面，采用二因次方法将船模阻力分为摩擦阻力与剩余阻力，对比分析艏倾及艉倾工况下摩擦阻

8、力与剩余阻力相比平吃水的变化，计及船模姿态变化，综合考虑了变纵倾变吃水条件下水线长度、湿表面积对摩擦阻力的影响，艏艉兴波、船身表面动压、船艉绕流场对裸船体剩余阻力的影响。在KCS船桨耦合变纵倾自航预报中，增加叠加旋转模型（DFBISuperposedRotation），以保证船舶在发生纵倾及升沉运动螺旋桨能够依附于船体之上。基于裸船体设计吃水0°及最佳纵倾0.25°工况，对比自航状态与裸船体状态变纵倾船桨阻力、航行姿态变化、自由液面及船桨耦合绕流场，变纵倾自航螺旋桨推力及扭矩变化，