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142

作者：

李元弟

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摘要：

近年来,我国有关部门结合国际法规出台了一些关于船舶和港口节能减排的相关法规,高度重视船舶的绿色发展,随着船舶的大型化和快速性,高性能的发展趋势,促使对船舶性能研究问题成为研究热门.研究船舶性能的主要方法是试验研究,含船模拖曳水池试验和实船适航试验,其中实船费用高,周期长,试验过程难度较大,导致船模试验就成了必要手段. 船模在拖曳水池中进行试验会受到侧壁和池底边界的限制,影响着船模实际阻力性能,尤其是现在为了减少船模的尺度效应的产生,船模的尺度越来越大,导致水池产生的阻塞效应越来越严重,影响船模的性能研究.为了解决这一问题,本文选用两艘不同缩尺比船模DTMB5415进行阻塞效应研究,探索阻塞效应造成船模回流速度产生,进而导致船模周围水流速度增加的原因,对船模速度进行修正尽可能得到与船模在开阔水域航行阻力曲线一致,水池阻塞效应研究主要从试验和数值模拟对比研究. 在试验方面,主要进行船模常规阻力试验研究,测量船模的阻力,升沉和纵倾,从姿态上研究水池对不同尺度船模产生阻塞效应的影响,观察不同尺度船模在水池中航行船行波受水池影响程度.利用PIV精细流场测量技术,对船模各截面流场进行测量,研究水池阻塞效应对船模微观流场影响程度,测量不同速度下相同截面流场的变化和相同傅汝德数不同船模流场的变化. 在数值方面,主要利用数值计算软件对试验工况进行数值模拟和无限水域模拟,首先从阻力方面研究,对船模所受摩擦阻力和剩余阻力进行计算分析,判断船模在航速不同时,阻塞效应对船模阻力成分的影响程度.对船模的姿态进行模拟,与试验数据作对比研究,分别探索在同一水域不同缩尺比船模受阻塞效应的影响和同一船模在不同水域受阻塞效应的影响.其次在作用机理上,主要利用数值模拟对船模自由液面进行模拟计算,研究阻塞效应对船模自由液面的影响程度,对船模周围产生波浪波幅变化引起自由液面的变动;对比分析船模在水池和无限水域航行时,造成船模底部压力变化,船尾和船艏压力变化;研究阻塞效应对船模绕流场的影响,选用多个横截面,纵截面和水平截面,主要对船艏,船尾和球鼻艏周围流场进行对比研究,探索阻塞效应对船模周围流场的影响. 最后,主要对水池阻塞效应导致船模流速增加进行研究,阻塞效应导致船模产生回流速度,对回流速度的获取是修正船模速度的主要关键,分析国际现有的速度修正公式,对船模进行修正计算,比较各修正公式的优缺点.利用平均流理论建立船模的修正公式,找出哈尔滨工程大学拖曳水池的修正公式,最后建立适用于拖曳水池修正方法的图谱.

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关键词：

船模 阻力性能 速度修正 阻塞效应 模拟试验

学位级别：

硕士

学位年度：

2021