Wigley船波浪增阻的研究-论文.pdf

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1、第14卷第6期中国水运VoJ．14No．62014住6月OhinaWarerTransportJune2014Wigley船波浪增阻的研究何霞(海装舰艇部，北京10071)摘要：全球变暖问题日趋严重，船舶的温室气体排放受到广泛关注。作为船舶耐波性研究的重要内容之一，船舶在波浪中的阻力性能参数直接影响其能耗。文中采用STAR—CCM软件，以一条wigley船模为研究对象，分别计算研究了其约束模型和自由模型在静水及迎浪情况下的阻力及相关性能。讨论了约束模型和自由模型计算结果的差异以及忽略纵倾和升沉对静水阻力计算结果的影响。对wig

2、ley船自由模型在不同波高和波长下的波浪中阻力进行了计算和比较，研究了忽略纵倾和升沉的情况下船舶波浪中阻力计算结果的差异，并讨论了波长和波高的变化对船舶波浪中总阻力计算结果的影响。关键词：波浪增阻；静水阻力；迎浪阻力；升沉和纵倾；wigley；数值模拟中图分类号：U661．1文献标识码：A文章编号：1006-7973(2014)06-0014-04引言aa甜aa甜．航运业中船舶的各种温室气体排放已经受到社会各界的P+pu一毒+／2广泛关注，气候变暖已经成为当今人类面临的主要问题之一。式中：u，为方向的流体速度分量；，为质量力；

3、p为压航运业是一个能源消耗量较大的行业，在节能减排方面应走力；为动力粘性系数。在前列。船舶在静水与波浪中航行时，所受到的阻力有所不二、湍流模型同。学者们对船舶在波浪中航行的阻力进行了一些研究，得SSTk一∞模型是由Menter提出的。SST模型将k一∞到了一些有价值的成果。但目前对于波浪增阻的研究还不是模型与k_￡模型相结合【8】：计算近壁面处流体的流动，采用十分深入，各国在进行气候会议谈判的时候会依据不同的标k·∞模型；而计算远场流体流动时采用k-￡模型【。SSTk一∞准，提出对自己国家有利的方法和规范。在这样的大背景下，模

4、型能够较好的模拟本文研究的流场。掌握船体波浪增阻问题十分紧迫，有必要对其进行系统和完SSTk一∞湍流模型输运方程如下：整的研究。目前利用CFD技术来分析波浪增阻问题才刚刚起步，还有大量有意义的课题需要进行深入研究。言㈣+毒=未考一言㈣+毒=啬+HavelockI1】是最早讨论船舶于波浪中阻力的学者。其后，三、控制方程的离散与自由液面的捕捉Maruo121基于Havelock思想建立了大半径圆面代替两个垂有限体积法(FiniteVolumeMethod)亦称为控制体直平面作为控制面，根据动量和能量守恒定律得出了波浪增积法。其基本

5、思想是将数值模拟区域用体积网格划分为有限阻的远场公式。1972年，Gerritsma和Beukelman提出相互不重叠的体积，每个控制体积的变量参数都存在于其中了辐射能法计算船舶的运动增阻l3】。StromI41在1973进行了的节点上，然后将控制微分方程对每个控制体积分，得到一$60系列船模增阻实验。1975年，Fujiils]和Takahashi采组离散代数方程组，其中未知数是网格节点上因变量的值。用了Maruo的增阻计算公式，结合Havelock的垂直圆柱的本文采用的CFD软件是以有限体积法来离散控制方程的。流漂移力公式

6、研究了船首波浪反射所导致的船舶增阻。体体积法(VOF)是一种典型的界面捕捉法，通过跟踪流体KashiwagiI刮等人在2009年采用了EUT(Enhanced域来追踪自由液面[1。本文采用的就是VOF模型。UnifiedTheory)方法计算了Maruo增阻公式中所需的波四、计算模型浪幅值函数，讨论了增阻随航速的变化。传统的势流理论研本文以一种wey船的波浪增阻问题为研究对象，表1究方法耗时长，研究结果差强人意。CFD技术的出现使得波给出了所用船型的主要参数。浪增阻研究的研究进入新阶段。表1WigIey船型相关参数一、基本控制

7、方程参数不可压缩流体的连续性方程为：船长，￡(m)船宽，B(m)3u吃水，T(m)——=0ax船长船宽比，L／B船中横剖面系数，式中：为坐标系J方向的速度分量，对于不可压缩流排水体积．口(m3)纵摇惯性半径，(m)体，由动量守恒定律可以得出Navier．Stokes方程：收稿日期：2014-04—12作者简介：何霞(1978一)，女，海装舰艇部工程师，研究方向为船舶动力工程。第6期何霞：wigley船波浪增阻的研究15利用Offdata前处理软件和GAMBIT软件建立船体模型。船体周围建立长方体控制域，计算域为入口距船首l倍船

8、长，两侧距中纵剖面1倍船长，出口距尾部3倍船长，顶部距船底0．8倍船长，底部距船底i．5倍船长。由于计算域较大，为了更加准确的捕捉流动特征并减少网格数量，采用多块结苎构网格对计算域进行划分。船体周围计算域采用六面体格。鲤鄂对于船体艏艉部分及其他表面变化率很大的区域进行加密。此