32m定湿长尖舭快艇静水阻力数值模拟研究
摘 要摘 要快速艇有着吨位小，航速快以及灵活性能优越等特点，排水量一般只有数十吨至数百吨，航行速度在30—40节，最大航速能够达到40—60节，续航能力通常为500－3000海里。快速艇也有它的局限性，快速艇在适航性、耐波性上表现的较差，快速艇的续航能力也不如一般排水型船。快速艇的种类多样，其中，针对本文研究的尖舭型快艇，它的横向剖面较为尖瘦，航行阻力会较大，重心也会较高，与圆舭快艇相比稳定性不够，舱室容积也较小，尖舭快艇更适合航行速度高的中小型军舰以及救援船。我的课题是32m定湿长尖舭快艇静水阻力数值模拟研究，研究尖舭快艇的阻力计算方法。本文以32m定湿长尖舭快艇为研究对象，通过使用Ansys设计软件建立模型， 并且运用 Fluent 软件分析模型的阻力性能，从而分析研究了固定浸湿长度的尖舭快艇的阻力。关键词：快艇；尖舭；阻力 目 录
第一章 绪论 1
1.1 选题背景 1
1.2 国内外研究现状 2
1.3 课题的研究内容与研究方法 3
1.4 本章小结 3
第二章 尖舭快艇的艇型特点和阻力性能 4
2.1 船舶航行中的航态 4
2.2 尖舭快艇的艇型特点 4
2.3船舶阻力特性 5
2.4 影响尖舭快艇阻力的主要参数 5
2.5本章小结 6
第三章 FLUENT理论与网格划分 7
3.1 Fluent软件简介 7
3.1.1 FLUENT可以解决的问题 7
3.1.2 用FLUENT求解问题的步骤 8
3.2 控制方程 9
3.3控制方程的离散 10
3.3.1 离散化求解方法 10
3.3.2 离散格式 11
3.3.3 离散格式的求解 12
3.4 边界条件 13
3.5 网格系统 14
3.5.1 两种不同网格类型简介及对比 14
3.5.2 网格划分原则 14
3.6 本章小结 15
第四章 尖舭型快艇数值模拟 16
4.1 建立计算模型 16
4.1.
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2 离散格式 11
3.3.3 离散格式的求解 12
3.4 边界条件 13
3.5 网格系统 14
3.5.1 两种不同网格类型简介及对比 14
3.5.2 网格划分原则 14
3.6 本章小结 15
第四章 尖舭型快艇数值模拟 16
4.1 建立计算模型 16
4.1.1 ANSYS ICEM CFD简介 16
4.1.2 建模和网格划分 16
4.1.3控制域的设定 18
4.1.4网格的划分 18
4.2 FLUENT计算 20
4.3 FLUENT后处理 25
4.4 本章小结 28
第五章 阻力估算与对比分析 29
5.1尖舭快艇阻力计算常用方法 29
5.1.1半理论半经验的阻力计算方法 29
5.1.2利用快艇系列实验图谱估算阻力 29
5.1.3用模型试验确定阻力 30
5.1.4利用统计资料估算阻力 30
5.2快艇阻力估算 30
5.3对比分析 32
5.4本章小结 33
结 语 34
致 谢 35
参考文献 37
第一章 绪论
1.1 选题背景
伴随着经济的发展与时代的进步，人们对海上交通的要求也也越来越高，传统的低速船舶已经渐渐无法满足人们的需求。因而，高速艇的运用越发广泛。高速艇不仅大量运用于民用方面，例如高速客艇、交通艇等工程用船舶，同时，在军用方面，由于船舶的高速性能优异，在军事领域的运用中具有极好的机动性、快速性、灵活性等优点。然而，快速艇也有其局限性，首先，快速艇的续航能力不如一般排水型船，限制了它的有效作战范围；其次，快速艇的适航性也较差，因而一般的战斗艇都明确了适航指标；此外，快速艇的耐波性不如一般排水型船，受波浪影响较大。基于快速艇以上的优缺点，当前，许多国家在探索研发快速艇的同时也更加注重提高快速艇的耐波性和适航性。本文研究的是尖舭型快艇，尖舭型快艇的横向剖面较为尖瘦，航行阻力会较大，重心也会较高，与圆舭快艇相比稳定性不够，舱室容积也较小，尖舭快艇更适合航行速度高的中小型军舰以及救援船。由于快速艇的设计方法不同于一般的排水型船舶，通常快速艇都有着不同的设计方法[1]。
高速艇的特点就是其速度优于一般船舶，因此在军用和民用方面都非常普遍。在军事运用方面，战斗艇具有体型小方便隐藏、灵活性好、高速便捷、战斗能力强、 成本低、一般平日的运行费用不高、应用范围广、便于大批量生产等优点,因而在全世界军事领域中起着重要作用。另一方面，在民用的应用上，有着各种不同用途的高速船，如：交通艇、高速客艇以及渡船等。当然在满足航速较高的同时,高速艇也有它的不足之处。主要表现在两个方面：一是续航能力不足,无法满足大范围作战的需要;二是适航性能差, 无法适应海况恶劣的情况。又因其耐波性能较差,在航行及作战时都受海洋载荷影响较大。因此 ,世界各国的海军都将研究和开发适航性，耐波性，续航力优良的高速新型舰艇作为军事研究的重点。
如今,随着计算机的不断发展，其功能也日益齐全，可以使用CFD(Computational Fluid Dynamics)对快艇进行阻力数值模拟研究。CFD模拟技术不同于一般的实验研究结果，它成本较低，计算周期短。CFD技术更为突出的优点是它能获取更为完整的实验数据，并且体现出计算过程中的状态。计算流体力学技术 CFD使得人们用较少的时间精力在相对短的时间里可以获得大量需要的实验结果，这对我们研究快艇的性能有着重要的发展意义。
本文通过对CFD软件的运用，利用其中的FLUENT部分，通过VOF方法与RNGk?ε模型结合，以解出N-S方程。同时，对尖舭快艇的静水阻力进行数值模拟，并注意观察快速艇及流域周围的压力情况。
1.2 国内外研究现状
随着科技的不断发展，造船技术也不断创新发展，人们渐渐感受到由技术革命在船舶运输业掀起的浪潮，即水运高速化。而在这造船业不断发展的时代，高速船在其中扮演着重要的角色。
为了发展高速船，国内诸多研究所作了大量关于尖舭快艇的设计估算研究。许多著名高校也发表了相关文献，力求提高高速船的性能。然而，由于考虑到高速艇并非批量生产，实验成本相对较高，因此，在高速艇的初步设计阶段基本上不做模型试验。目前，在国内对高速艇进行试验研究的仅有海军工程大学和武汉船舶研究所。另一方面，在CFD软件的运用上，在研究高速船的水动力性能和流场的数值模拟方面进展较快，并且取得了诸多成果[3]。
除了理论上的突破，最近，我国北海重工成功研发了全封闭的高速救生艇，这是我国造船先进水平的体现，得到了中国船级社的高度认可。
第一章 绪论 1
1.1 选题背景 1
1.2 国内外研究现状 2
1.3 课题的研究内容与研究方法 3
1.4 本章小结 3
第二章 尖舭快艇的艇型特点和阻力性能 4
2.1 船舶航行中的航态 4
2.2 尖舭快艇的艇型特点 4
2.3船舶阻力特性 5
2.4 影响尖舭快艇阻力的主要参数 5
2.5本章小结 6
第三章 FLUENT理论与网格划分 7
3.1 Fluent软件简介 7
3.1.1 FLUENT可以解决的问题 7
3.1.2 用FLUENT求解问题的步骤 8
3.2 控制方程 9
3.3控制方程的离散 10
3.3.1 离散化求解方法 10
3.3.2 离散格式 11
3.3.3 离散格式的求解 12
3.4 边界条件 13
3.5 网格系统 14
3.5.1 两种不同网格类型简介及对比 14
3.5.2 网格划分原则 14
3.6 本章小结 15
第四章 尖舭型快艇数值模拟 16
4.1 建立计算模型 16
4.1.
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: ￥3^5`1^9`1^6^0`7^2$
2 离散格式 11
3.3.3 离散格式的求解 12
3.4 边界条件 13
3.5 网格系统 14
3.5.1 两种不同网格类型简介及对比 14
3.5.2 网格划分原则 14
3.6 本章小结 15
第四章 尖舭型快艇数值模拟 16
4.1 建立计算模型 16
4.1.1 ANSYS ICEM CFD简介 16
4.1.2 建模和网格划分 16
4.1.3控制域的设定 18
4.1.4网格的划分 18
4.2 FLUENT计算 20
4.3 FLUENT后处理 25
4.4 本章小结 28
第五章 阻力估算与对比分析 29
5.1尖舭快艇阻力计算常用方法 29
5.1.1半理论半经验的阻力计算方法 29
5.1.2利用快艇系列实验图谱估算阻力 29
5.1.3用模型试验确定阻力 30
5.1.4利用统计资料估算阻力 30
5.2快艇阻力估算 30
5.3对比分析 32
5.4本章小结 33
结 语 34
致 谢 35
参考文献 37
第一章 绪论
1.1 选题背景
伴随着经济的发展与时代的进步，人们对海上交通的要求也也越来越高，传统的低速船舶已经渐渐无法满足人们的需求。因而，高速艇的运用越发广泛。高速艇不仅大量运用于民用方面，例如高速客艇、交通艇等工程用船舶，同时，在军用方面，由于船舶的高速性能优异，在军事领域的运用中具有极好的机动性、快速性、灵活性等优点。然而，快速艇也有其局限性，首先，快速艇的续航能力不如一般排水型船，限制了它的有效作战范围；其次，快速艇的适航性也较差，因而一般的战斗艇都明确了适航指标；此外，快速艇的耐波性不如一般排水型船，受波浪影响较大。基于快速艇以上的优缺点，当前，许多国家在探索研发快速艇的同时也更加注重提高快速艇的耐波性和适航性。本文研究的是尖舭型快艇，尖舭型快艇的横向剖面较为尖瘦，航行阻力会较大，重心也会较高，与圆舭快艇相比稳定性不够，舱室容积也较小，尖舭快艇更适合航行速度高的中小型军舰以及救援船。由于快速艇的设计方法不同于一般的排水型船舶，通常快速艇都有着不同的设计方法[1]。
高速艇的特点就是其速度优于一般船舶，因此在军用和民用方面都非常普遍。在军事运用方面，战斗艇具有体型小方便隐藏、灵活性好、高速便捷、战斗能力强、 成本低、一般平日的运行费用不高、应用范围广、便于大批量生产等优点,因而在全世界军事领域中起着重要作用。另一方面，在民用的应用上，有着各种不同用途的高速船，如：交通艇、高速客艇以及渡船等。当然在满足航速较高的同时,高速艇也有它的不足之处。主要表现在两个方面：一是续航能力不足,无法满足大范围作战的需要;二是适航性能差, 无法适应海况恶劣的情况。又因其耐波性能较差,在航行及作战时都受海洋载荷影响较大。因此 ,世界各国的海军都将研究和开发适航性，耐波性，续航力优良的高速新型舰艇作为军事研究的重点。
如今,随着计算机的不断发展，其功能也日益齐全，可以使用CFD(Computational Fluid Dynamics)对快艇进行阻力数值模拟研究。CFD模拟技术不同于一般的实验研究结果，它成本较低，计算周期短。CFD技术更为突出的优点是它能获取更为完整的实验数据，并且体现出计算过程中的状态。计算流体力学技术 CFD使得人们用较少的时间精力在相对短的时间里可以获得大量需要的实验结果，这对我们研究快艇的性能有着重要的发展意义。
本文通过对CFD软件的运用，利用其中的FLUENT部分，通过VOF方法与RNGk?ε模型结合，以解出N-S方程。同时，对尖舭快艇的静水阻力进行数值模拟，并注意观察快速艇及流域周围的压力情况。
1.2 国内外研究现状
随着科技的不断发展，造船技术也不断创新发展，人们渐渐感受到由技术革命在船舶运输业掀起的浪潮，即水运高速化。而在这造船业不断发展的时代，高速船在其中扮演着重要的角色。
为了发展高速船，国内诸多研究所作了大量关于尖舭快艇的设计估算研究。许多著名高校也发表了相关文献，力求提高高速船的性能。然而，由于考虑到高速艇并非批量生产，实验成本相对较高，因此，在高速艇的初步设计阶段基本上不做模型试验。目前，在国内对高速艇进行试验研究的仅有海军工程大学和武汉船舶研究所。另一方面，在CFD软件的运用上，在研究高速船的水动力性能和流场的数值模拟方面进展较快，并且取得了诸多成果[3]。
除了理论上的突破，最近，我国北海重工成功研发了全封闭的高速救生艇，这是我国造船先进水平的体现，得到了中国船级社的高度认可。
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