基于CFD的船舶阻力计算与预报研究

作     者：余建伟 

作者单位：上海交通大学 

学位级别：硕士

导师姓名：缪国平;朱仁传

授予年度：2009年

学科分类：08[工学] 0824[工学-船舶与海洋工程] 082401[工学-船舶与海洋结构物设计制造] 

主      题：剩余阻力 压阻力 总阻力 船模 实船 层流 湍流 

摘      要：船舶阻力是影响船舶快速性的重要内容之一。阻力性能良好的船舶可以提高运输效率,节约能源,也直接关系到船舶的经济性能。船舶阻力性能评估是船型优化的重要依据,阻力的预报方法也一直是船舶工程届永恒的研究主题之一,因此船舶阻力计算和预报研究同时具有重要的学术意义和工程实用价值。 本文系统地回顾和总结了船舶阻力理论计算的发展历程和研究进展,详细介绍了当前国内外船舶CFD的发展趋势和阻力预报方法,采用CFD理论计算手段,基于层流、湍流等理论对航行船体的阻力进行了计算和试验验证,对理论计算中获得的船体压阻力、黏性阻力进行了剥离、分析,与模型试验中获得的剩余阻力等各成分进行了比较和分析,对船体壁面粗糙度对阻力影响进行了探讨,提出基于CFD理论的实船阻力预报方法。 本文创新性地采用了压阻力、黏性摩擦阻力的剥离、分析的方法进行船舶阻力预报研究。研究表明:模型尺度下采用湍流黏性理论模拟计算可以获得与模型试验结果相比相当不错的结果,但模拟计算比较耗时;基于层流黏性理论模拟计算得到的船体黏性阻力不够准确,但计算模拟的时间较短,能捕捉到准确的自由面形状;对模型尺度与实船尺度的渔政船在黏性流计算中的压阻力系数进行比较讨论可知,两者相差不大;高航速工况下基于层流黏性理论计算得到的船体压阻力系数与船模试验得到的船体剩余阻力系数相当;湍流理论计算中粗糙度的加大能够提高船体的阻力结果。 本文基于CFD进行船舶阻力计算和预报研究,对引领船舶工程领域的广大研究者进行更加深入细致地研究船体阻力预报的新方法具有重要意义。