油轮几何建模以及深水阻力数值预报开题报告

1. 研究目的与意义（文献综述）

阻力性能是船舶快速性的主要研究内容之一，很大程度上决定了船舶的航行经济性，因此阻力性能是评价船舶型线设计优劣的主要指标之一。船舶阻力由摩擦阻力、压阻力等成分组成。一般来说，在船舶设计初始阶段，可通过模型拖拽试验的方法来确定其阻力性能，从而判断是否达到快速性的设计要求。然而，在设计初始阶段，可能会有一系列设计方案，因此采用模型试验的方法来确定所有设计船型的阻力所需费用高、准备时间长。另一方面，尽管通过模型试验能获得较可靠的船舶阻力性能曲线，但较难得到相应的阻力成分，而国际上的通用做法是采用平板摩擦阻力系数的经验公式来确定船的摩擦阻力，再将其从总阻力中扣除，确定阻力的其它成分。但是，采用经验公式计算船的摩擦阻力系数，可能会带来计算误差，且不利于人们了解阻力不同成分的成因。因此，有必要对船舶阻力机理问题进行更深入地研究。近几十年来，计算船舶流体动力学的方法被广泛应用于数值研究船舶的阻力性能，其中基于粘性流的求解RANS（Reynolds Average Navier-Stokes）方程的方法取得了巨大的成功，其计算精度可媲美船模试验。采用该数值方法不仅成本低、周期短，而且能较精确地获得船舶阻力成分，同时能通过分析船体周围的水流现象来了解船体上压力和粘性应力的分布特点，有利于人们设计出更优的船型。本论文的研究工作主要集中在采用商业软件Fluent数值预报某油轮的深水阻力，计算时采用商业软件Pointwise生成结构化的计算网格且选取K-Omega（二方程湍流模型）模型来近似涡粘系数。由于该油轮航速较低（傅汝德数小于0.2），计算时不计自由面变形及下沉和纵倾的影响，即“叠模流假设”。数值模拟时，拟生成经过系统加密的三种网格，对网格依赖性进行验证，并将数值计算结果与试验数据进行比较分析，以验证数值计算的有效性和可靠性,同时将计算得到的摩擦阻力系数和1957 ITTC（国际拖曳水池会议）建议的经验公式算得的系数进行比较，初步判断该经验公式的准确性。本论文的工作，在获得船舶阻力性能曲线的同时，能通过分析船体周围水流现象以及其表面压力和粘性应力的分布特点来研究船舶阻力各成分的机理问题，对相关现象给出科学解释。

2. 研究的基本内容与方案

根据一大方形系数的油轮型线图，使用软件Gambit建立船体三维几何模型，然后运用现如今非常被设计者们青睐的商业软件Pointwise生成结构化网格，最后使用商业软件Fluent计算该轮深水阻力。第一步：学习使用软件Gambit建立油轮三维几何模型，根据所建几何模型计算该轮排水量、浮心位置和湿表面积等，并与设计值比较来验证几何模型的精度。如若精度不满足要求，则需进行适当的调整，直到精度满足要求为止。 第二步：学习使用软件Pointwise在船体周围生成结构化网格，根据所学到的知识按要求生成三种疏密程度不同的网格，并检验是否满足要求，若不满足要求，必须重新生成网格，直到满足要求为止。第三步：学习使用软件Fluent计算该轮阻力，进行网格依赖性分析。如生成的网格没有表现出收敛性，在重复第二个步骤，直至达到要求为止，为得到更精确的计算，进而综合分析阻力成分和水流现象奠定基础。第四步：将计算结果与试验值比较，并分析计算结果，包括阻力成分、船体上压力和粘性应力分布情况等，并将摩擦阻力系数与采用ITTC 1957经验公式计算得到的摩擦阻力系数进行比较。

3. 研究计划与安排

1-2周仔细阅读学习软件gambit使用手册，完成导师指定的简单船型（如数学船型）建模。

3-3周使用软件gambit完成油轮船体三维几何建模以及精度验证等工作。

4-5周仔细阅读学习软件pointwise使用手册，在导师指导下学习在船体周围生成计算网格。

4. 参考文献（12篇以上）

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