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作者：张德兴大连海事大学

学位级别：硕士

船舶在航行过程中受到的阻力主要包括风阻力和水阻力,集装箱船舶尤其大型集装箱船舶由于其甲板堆积有大量集装箱,船舶受风面积较大,所以风阻力在其总阻力中占有较大的成分。准确的获取集装箱船舶的风载荷以及风场特征对集装箱船舶的安... 详细信息

船舶在航行过程中受到的阻力主要包括风阻力和水阻力,集装箱船舶尤其大型集装箱船舶由于其甲板堆积有大量集装箱,船舶受风面积较大,所以风阻力在其总阻力中占有较大的成分。准确的获取集装箱船舶的风载荷以及风场特征对集装箱船舶的安全航行和提高能效性有着重要的意义。已有的船舶风载荷的估算方法大多是基于对满载和空载状态下的船舶缩尺度模型的风洞试验数据进行回归,然而对非满载状态下的集装船舶,现有的风载荷估算方式已经无法满足要求。本文基于CFD技术利用Fluent流体计算平台,参照实际集装箱尺寸并且选取集装箱船甲板常见的两种集装箱堆积形式,无隔行堆积和隔行堆积两种形式建立箱形体全尺度几何模型,对两种形式下的箱形体在不同列数以及不同行数的风场特征进行了数值模拟研究。通过对单个箱体形状的TTU建筑90度风向角的风场进行数值模拟,并将所得实验结果与实测数据进行对比,验证了数值模拟方法对单个箱形体风场研究的可靠性,并且确立了适合箱形体风场数值模拟的数值方法。接着通过对由多个箱形体构成的箱形体组合在不同风向角下的风场进行数值模拟并将结果与风洞试验对比,结果一致性较高,验证了数值方法对于箱形体组合风场研究的可靠性。通过对TTU建筑的数值模拟得出了 Realizable k-ε湍流模型对箱形体的风场模拟有较好的适用性。通过对不同列数以及不同行数下的箱形体的数值模拟,发现两种堆积形式箱形体的尾部回流区域范围在行数小于特定值时,与列数和行数都有关,当行数大于该值时,尾部回流区范围仅受到列数影响。当行数不变时,两种堆积形式的阻力系数与列数均呈现出幂指数关系。在列数不变时,两种堆积形式的箱形体阻力系数与行数均呈线性关系。

关键词：数值模拟箱形体阻力特性风场特征

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