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船舶兴波问题面元法的误差分析

0弓言自从Kelvin分析静水面上压力点产生的波形、随后Michell将船型与波系联系起来导出薄船的速度势及其兴波阻力理论表达式以来,船舶兴波阻力的理论研究与数值计算一直是船舶工程界及流体力学工作者所关注的间题。船舶兴波势流问题的求解一般有三类方法:()Kelvin源势法。所取的Green函数满足包括辐射条件在内的、除船体表面边界条件外的一切边界条件。(2)Rankine源势法。Green函数形式简单但不满足任何边界条件。(3)直接方法。如有限差分法、有限元法、有限体积法等,对全流场直接求解原问题的微分方程。各种直接方法原则上可用,但对于完全由边值决定的稳态问题,这类场方法需求解全流场结点上的未知量,自由表面网格及相应边界值的处理亦有一定困难,一般而言不是较优选择。Kelvin源势法的Green函数表达式过于复杂,计算量太大旦不易于推广到非线性问题。在自由表面及船体表面布置Rankine源的面元法由干Green函数形式简单且易于...  (本文共8页) 阅读全文>>

武汉理工大学
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船舶尾浪对岸壁影响的数值研究

随着高速船舶的迅猛发展,水路运输的高速化已成为现代交通运输发展的主要趋势之一。从国内目前已投入营运的高速船舶的航行性能上看,比较普遍的一个问题是尾浪高。过高的尾浪会影响到周围小船的航行安全,并引起堤脚掏空、危及水工建筑、造成水土流失等。高速船的兴波及尾浪传播问题的有关研究不仅在理论上具有挑战性,尤其为船舶工程界所瞩目。直墙建筑物是港口与海岸工程中常见的一种结构形式,作用在直墙上的破碎波浪力不但破坏力极大而且其作用机理十分复杂。至今对直墙建筑的破碎波波浪力还不能以严密的理论进行计算,工程上一般都采用经验方法。至于船波对岸壁的影响及作用力的研究,更罕见针对不同实际船型的船行波的科学研究。本文使用近、远域相结合的方法,数值计算了高速排水型船舶的尾浪。本文采用传统的一阶Rankine源面元方法对船舶的近场兴波问题进行了数值计算,将船体表面、部分自由面离散为若干片面元,满足线性自由面边界条件、物面条件等定解条件求解未知源强,从而解得计算域...  (本文共68页) 本文目录 | 阅读全文>>

武汉理工大学
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高速排水型船舶兴波波形及尾浪的数值计算

随着工业技术的飞速进步,高速船舶在近几十年来得到迅猛发展,水路运输的高速化已成为现代交通运输发展的主要趋势之一。从国内目前已投入营运的高速船舶的航行性能来看,尾浪高是一个较普遍的问题。高速船的尾浪不仅影响到周围小船的航行安全,而且会损毁河堤海岸、危及水工建筑、造成水土流失及水质恶化等环境问题。高速船的兴波及尾浪传播问题的有关研究不仅在理论上具有挑战性,尤其为船舶工程界所瞩目。本文使用近、远场结合的方法,数值计算高速排水型船舶的远场尾浪。近场计算采用传统的一阶Rankine源面元法,将船体表面、部分自由面离散为若干片四边形面元,通过相应的定解条件确定各面元上的源强,获得计算区域的船体兴波速度势,进而得到线性条件下的近场兴波波形。计算中采用自由面奇点适当上置的域外奇点法,然后通过配置点移动的方式从数值上满足辐射条件。在船后一定距离之外,船行波可近似看成谐波,其波高可表为某一元函数,即所谓的波幅谱函数。根据这一特点,对近场计算的结果进...  (本文共66页) 本文目录 | 阅读全文>>

华中科技大学
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基于面元法的船舶减阻研究

随着近年来国际海事组织(IMO)针对船舶节能减排提出了一系列新标准和新规则,世界各国都掀起了一场绿色船舶的革命。阻力性能是船舶节能关心的首要问题,船舶阻力由粘性阻力和兴波阻力构成。其中,对于给定的船速,粘性阻力与船舶湿表面积成正比。一般来讲,湿表面积随船型改变和纵倾浮态调整变化不大。相反,在一定的Froude数范围内,兴波阻力对船型、纵倾状态、船舶局部型线(如球首等)的变化相当敏感,对上述因素进行适当调整,有可能得到较优的船舶兴波阻力性能。因此,本文试图通过基于兴波阻力的船型优化、船舶航行纵倾调整和给定压力分布形式物面设计研究,为船舶减阻节能的发展提供一些新的思路。本文第一部分研究工作中针对长期以来三维绕流问题面元节点速度势计算误差较大的问题,考虑节点立体角,引入系数δ来分析该问题。通过对圆球表面考虑立体角前后节点速度势与解析解的比较,说明了系数δ在三维节点速度势求解中的重要作用。本文第二部分研究工作是采用一种二次双曲线表达母型...  (本文共119页) 本文目录 | 阅读全文>>

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基于高阶面元法的排水型高速船兴波问题的数值计算

水路运输的高速化是当今交通运输发展的重要趋势之一。随着工业技术的飞速进步,高速船舶在近几十年来得到迅猛发展。高速船设计的一个关键问题是对其阻力性能的预报。由船舶原理知,船舶阻力主要分摩擦阻力、粘压阻力和兴波阻力三部分。对于高速船来说,其兴波阻力在总阻力中占主要份额。如何用数值计算的方法来准确预报高速船的兴波阻力与兴波波形,一直以来都是兴波阻力理论研究中的重要内容与难点之一,同时也是船型优化等工程问题的关键。设计傅氏数F_n>0.4的排水型船舶多采用方尾。方尾的“虚长度”作用可得到较小的阻力,因而几乎是水面高速舰艇普遍采用的船尾形式。高速方尾水面舰船兴波问题数值计算多年来一直是具有挑战性和工程实用价值的课题,其焦点问题是方尾边界条件及相关数值计算的处理,至今绕方尾的流动及方尾对兴波阻力影响的研究仍是船舶兴波阻力理论研究的一个重要方向。本文探讨了基于非均匀有理B样条(NURBS)的高阶面元法在高速船舶兴波阻力研究中的数值计算问题。文...  (本文共73页) 本文目录 | 阅读全文>>

武汉理工大学
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基于NURBS高阶面元法的船舶兴波阻力计算

采用计算流体动力学(CFD)技术实现在船舶设计阶段对船舶水动力性能的准确预报,是船舶水动力学学科中一个具有重大理论和实用意义的、富有挑战性的课题。近十年来,随着船舶CFD计算方法和计算能力的发展,数值预报精度不断提高,其对船舶优化设计的指导作用也日益突出,并有与船模试验并驾齐驱、取代部分船模试验的趋势。本文采用现代CFD方法数值预报船舶的兴波阻力,开发了基于非均匀有理B样条高阶面元法的船舶兴波阻力的计算程序,主要研究有限水深条件下定常直航船舶的兴波阻力和兴波波形。文中采用NURBS曲面造型技术对三维船体进行建模,在真实的船体湿表面和所选取的自由面上布置Rankine源,通过满足物面边界条件、线性自由面边界条件和其他边界条件求解未知源强的控制网格,得到计算区域内的速度势函数,进而计算船舶的兴波阻力和兴波波形。为了满足远前方无波的辐射条件,文中采用了Jensen等提出的“网格错位”方法。本文选取典型的Wigley船作为计算算例,数值...  (本文共59页) 本文目录 | 阅读全文>>