基于CFD的大型船舶球艏線型設(shè)計(jì)比較研究.pdf

1、面對(duì)能源危機(jī)及持續(xù)的經(jīng)濟(jì)危機(jī)，各國(guó)加快開展新船型研究來(lái)減小船舶阻力。本文基于球鼻艏的減阻節(jié)能效果，選取了四條帶有不同球鼻艏的船型，應(yīng)用CFD數(shù)值模擬的方法預(yù)報(bào)船體阻力和船舶粘性繞流場(chǎng)，通過(guò)對(duì)數(shù)值計(jì)算結(jié)果的比較分析得出有利于船舶阻力性能的球艏線型，為局部?jī)?yōu)化船體型線提供參考。
　　 本文利用高度集成化的Tribon系統(tǒng)、可視化繪圖軟件Auto CAD和CFD通用前處理軟件ICEM聯(lián)合建模的方法來(lái)建立船體模型。采用分塊結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格的方

2、法對(duì)具有球艏方艉的復(fù)雜大型船舶進(jìn)行網(wǎng)格劃分，并討論了網(wǎng)格數(shù)量和時(shí)間步長(zhǎng)對(duì)收斂過(guò)程的影響，通過(guò)大量的試驗(yàn)得到了一套既省時(shí)又能得到較準(zhǔn)確結(jié)果的網(wǎng)格分布，以及數(shù)值計(jì)算過(guò)程中的一系列時(shí)間步長(zhǎng)改變的方法。
　　 首先選取一條帶有實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的球鼻艏船型進(jìn)行驗(yàn)證分析。應(yīng)用商用CFD軟件CFX對(duì)船舶粘性繞流場(chǎng)進(jìn)行數(shù)值模擬，并將阻力計(jì)算結(jié)果與試驗(yàn)值和理論計(jì)算值進(jìn)行對(duì)比分析，結(jié)果表明數(shù)值結(jié)果與試驗(yàn)值比較接近，誤差在10％之內(nèi)；與理論值差距較大，誤差在

3、10％-30％之間。從自由表面分布圖和槳盤面處速度分布圖中可以看出，VOF方法能夠比較精確地模擬自由面和伴流，具有一定的準(zhǔn)確性。
　　 然后再選取三條與算例船型相似的帶有不同球鼻艏（埋首型、普通型和上翹型）的船型進(jìn)行粘性繞流場(chǎng)的數(shù)值模擬。為了使計(jì)算結(jié)果具有可比性，將三條新船主尺度經(jīng)過(guò)仿似變換變成與算例船型相同的尺寸。計(jì)算結(jié)果表明：在相同航速下，低速時(shí)：上翹型大球艏船型比埋首型和普通型小球艏船型興起的波浪稍大些；高速時(shí)：上翹型大球

4、艏的興波最小。上翹型球鼻艏船型較埋首型和普通型小球艏船型周圍流場(chǎng)均勻；普通型小球艏和上翹型大球艏船型的艉部出現(xiàn)了明顯的“虛長(zhǎng)度”，并且隨著航速的增加“虛長(zhǎng)度”加長(zhǎng)，從而減小了剩余阻力；阻力計(jì)算結(jié)果表明低速段（Fr<0.23）時(shí)，上翹型大球艏船體阻力值介于埋首型和普通型小球艏之間；而當(dāng)Fr>0.23時(shí)，上翹型大球艏阻力值最小，埋首型球艏阻力值最大。
　　 本文中由數(shù)值計(jì)算結(jié)果可以看出不同形式、不同尺寸的球鼻艏對(duì)船體阻力及流場(chǎng)的不同