基于面元法的船舶減阻研究.pdf

1、隨著近年來國際海事組織(IMO)針對船舶節(jié)能減排提出了一系列新標準和新規(guī)則,世界各國都掀起了一場綠色船舶的革命。阻力性能是船舶節(jié)能關心的首要問題,船舶阻力由粘性阻力和興波阻力構成。其中,對于給定的船速,粘性阻力與船舶濕表面積成正比。一般來講,濕表面積隨船型改變和縱傾浮態(tài)調整變化不大。相反,在一定的Froude數范圍內,興波阻力對船型、縱傾狀態(tài)、船舶局部型線(如球首等)的變化相當敏感,對上述因素進行適當調整,有可能得到較優(yōu)的船舶興波阻力性

2、能。因此,本文試圖通過基于興波阻力的船型優(yōu)化、船舶航行縱傾調整和給定壓力分布形式物面設計研究,為船舶減阻節(jié)能的發(fā)展提供一些新的思路。
　　本文第一部分研究工作中針對長期以來三維繞流問題面元節(jié)點速度勢計算誤差較大的問題,考慮節(jié)點立體角,引入系數δ來分析該問題。通過對圓球表面考慮立體角前后節(jié)點速度勢與解析解的比較,說明了系數δ在三維節(jié)點速度勢求解中的重要作用。
　　本文第二部分研究工作是采用一種二次雙曲線表達母型船,并通過數學推

3、導證明縱剖線和水線的光順性,在此基礎上采用Michell積分進行興波阻力計算。適當調整船型橫剖面面積曲線,重新生成船型表達,通過反復計算來實現船型優(yōu)化。隨后對去球鼻艏的DTMB5415船型進行設計優(yōu)化,得到了特定速度范圍內較優(yōu)的船型方案。對母型和優(yōu)化方案的模型阻力試驗研究結果表明,通過對數學船型的橫剖面進行局部優(yōu)化,就能夠使當前船型的中高速段興波阻力性能得到明顯提高。
　　本文的第三部分研究工作是以減小興波阻力為目標的縱傾預報。與

4、其他減阻方式不同,縱傾調整只需調整船舶首尾吃水差來實現減阻節(jié)能效果。從船舶興波阻力入手,考慮不同縱傾狀態(tài)船舶的興波阻力變化,并給出船舶航行中興波阻力較優(yōu)的縱傾狀態(tài)。以Rankine源為格林函數基本解,分別采用Dawson方法和直接面元法對不同縱傾下的船舶興波阻力進行計算,通過分析船長方向波高分布曲線、波形圖和興波阻力變化曲線,給出船舶的較優(yōu)縱傾。最后,針對Dawson方法給出的某船型縱傾調整方案,進行了模型阻力試驗,并通過三因次換算給出

5、了興波阻力系數。試驗結果表明,Dawson方法和直接面元法能夠實現以減小興波阻力為目標的船舶航行縱傾預報,通過兩種方法給出的較優(yōu)縱傾方案在實際中也具有較佳的興波阻力性能。
　　本文第四部分研究工作是給定壓力分布形式的物面設計。興波阻力是通過沿物面的壓力分布進行積分求解,當興波阻力不滿足要求時,對物面壓力進行調整,然后設計出滿足目標壓力分布形式的物面形狀,這就是船舶水動力研究中逆問題。采用直接面元法和模型修正函數,在初始物面上,加載