54kt艉侧推器阻力及流线数值模拟研究
摘 要 摘 要 侧推器是一种在传播和海洋工程方面运用广泛的船舶操纵辅助设备，作为一种标准的辅助设备，对比与螺旋桨由于以前的研究不足，对性能方面缺乏足够的了解，没有公开的设计图谱，在设计方面稍显不足。研究侧推器，对它的阻力及流线数值模拟研究具有一定的理论意义和实用价值。 首先本文着重的说明了CFD的发展和意义，简要说明了CFD的主要优缺点，可以处理的情况，能够做到的地步。第二章主要是介绍用于研究侧推器的一些相关理论和大体的计算方法。所谓的计算方法只是关于理论上的计算。直接给出与它相关的理论公式。直接通过公式是可以计算出船舶阻力的。第三章是关于所用的NUMECA和SOIDWORKS这两款软件的介绍，有软件的功能介绍和本次试验所用的功能。第四章就是本次试验结果的分析。软件算出了本次试验的计算结果，结果是以图表的形式展现出来，然后就结果进行逐个分析。并对有罩板的情况和无罩板的情况进行了对比分析，比较得出的结论是有罩板的阻力远比没有罩板的阻力小很多。结果分析中还进行了误差分析，考虑到网格数量对实验结果的影响，试验次数的影响。 关键词：NUMECA;SOIDWORKS;CFD;阻力；罩板摘 要------------------------------------------------------------------------------------------------------Ⅶ 目 录
摘 要------------------------------------------------------------------------------------------------------Ⅶ
Abstract ---------------------------------------------------------------------------------------------- -----Ⅶ
第一章绪论 1
1.1 研究背景及意义 1
1.
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^3^5`1^9`1^6^0`7^2#
---------------------------------Ⅶ
Abstract ---------------------------------------------------------------------------------------------- -----Ⅶ
第一章绪论 1
1.1 研究背景及意义 1
1.2 侧推器概述 2
1.3 侧推器的优缺点 2
1.4 侧推器的结构 3
1.5 侧推器的工作原理 3
1.6 侧推器国内外的研究现状 4
1.7计算的发展 5
1.8论文主要研究内容 7
第二章船舶阻力的求解方法 8
2．1 船舶阻力 8
2．2 船舶阻力的成因 8
2．3船舶阻力的分类 8
2．4阻力换算方法 9
第三章软件介绍 13
3.1 solidworks 13
3.2CFD软件NUMECA 14
3.3设计软件包 14
3.4分析软件包 15
第四章数据处理 16
4.1无罩盖的模型计算 16
4.2有罩板的船模计算 17
4.3计算结果分析 18
第五章结论与展望 21
5.1结论 21
5.2展望 22
参考文献 23
第一章绪论
1.1 研究背景及意义
世界经济的高速发展，航运事业越来越发达，船舶总吨位不断攀升，船舶向着大型化，专业化的方向发展，港口交通越来越繁忙，水域相对变浅、变窄。大型油船、滚装船、航天测量船等对船舶的操纵性能有了了更高的要求。港内船舶变得难以操纵，为了减少对拖船的依赖，船舶操纵人员使用侧推器这种设备来辅助本船完成进出航道、港口，靠离泊位等港内操纵作业，这已然变成辅助船舶尤其是大型船舶进出港口、靠离泊位操纵的主要手段。港口和航道愈加繁忙让侧推器拥有更大的市场，侧推器的辅助效果让船舶的航行范围更大，操作更简单，航行更加自由。侧推器使得船舶缩短了航行的时间，也能节省大批费用。而且，随着人类越来越重视海洋开发，21世纪深海资源的开发将进入一个新的时代，各种海洋平台，水底深潜器等水上水中交通设备陆续进入人们的视野，复杂多变的海上环境使设备的操纵性面临许多问题，为了人员的安全，许多水域需要使用智能控制技术配备多个方向的推进器，实现自动操纵。动力定位系统是海洋平台上为船舶定位的一种方法，使用船上的自动控制系统，在船首、尾安装控制的侧向推进器，固定住船舶。并且，在水下工作的的船舶已经不能满足于一个方向上的推进系统，各个方向的推进互相配合才能满足该类型船舶复杂多变的需求。因而，多个方向上推进器的使用将是未来这一领域的重要操纵设备。侧推器在水下自主航行器研究领域充当主要的推进设备和操纵机构，在船舶以及海洋结构物动力定位领域发挥着重要的作用。 侧推进器在船舶与海洋工程领域的应用很广泛，已经成为船舶操纵不可或缺的辅助手段。相比螺旋桨而言，国内外对侧推器缺乏足够的研究，对侧推器相关问题的研究也不够深入，主要体现在以下几个方面：
1）国内外对侧推器的研究太过重视它的其操纵性能，作为动力定位系统的标准组成装置，其类似螺旋桨的水动力性能研究不够充分。
没有公开发表图纸的侧推器与螺旋桨不同，没有一个通用的标准缺乏理论和实验依据。侧推器实际设计上主要才有了许多现有的设备的额定推力，或对照相关的图谱进行对应的修改。
3）没能深入的研究流场参数影响等问题，不同侧推器效率当然也无法研究了。
本文主要针对艉侧推器阻力及流线数值模拟研究，利用Fluent计算流体力学软件数字模拟54kt艉侧推器阻力性能及流线状态，并调整艉侧推器罩板方向，并分析了侧推器周围流场的变化情况，将调整艉侧推器罩板方向后模拟出的阻力性能与按常规方向布置的罩板阻力性能作对比分析。本文对侧推器的相关研究与对相关计算结果的分析，对于侧推器的设计有一定的实用意义。因此，本文对侧推器的阻力及流线数值模拟研究研究具有一定的理论意义和实用价值。
1.2 侧推器概述
侧推器一般用于船舶在狭小的水道中航行、离开码头和转向，是传统设备无法良好操作或无法操作时的重要补充，在恶劣的环境中也得到充分的运用。侧推器诞生于十九世纪五十年代，多样化的操作环境让侧推器倍受青睐。
1.3 侧推器的优缺点
当今所有新建的大型船舶，基本上大型渡船和客船在建造时都会安装一个、两个甚至三个侧推器来满足对各种环境操作的需求。使用价格高昂的设备主要是为了在日常进出港口的时候减少对拖船的需求，如果缺少这些辅助操纵设备，大船在停泊和出港的时候将会产生一大笔费用，用于支付雇佣拖船帮助其出入港口。尽管大多数船长的驾驶技术已经有了相当大的提高，使得入港的停靠费用减少，但如果同时减少对拖船的依赖，这对经常进出港口的船舶来说，减省的费用是非常可观的。很多大客船由于航行技术和操纵设备的改善已经开始航行于一些小航道，出入一些比较小的港口。但很多内河航道现在禁止大型船舶在航道中做掉头或者转弯操纵，主要是宽度不够，为了防止交通堵塞或发生意外。然而，在这些水域，当大型船舶安装了侧推器时，大型船舶将能够在这些水域自由航行。侧推装备侧推器提高了船舶操纵对环境的适应，加强了船舶转向的能力，从而大大减少了对昂贵拖船使用的依赖。侧推器作为辅助船舶操纵的一种设备，它的安装会使船舶空间减小，而且侧推器的价格比较高昂，尤其对那些后来改装侧推器的船舶，其安装成本更大，也会对船舶性能造成影响，所以对船舶后期加装侧推器要慎重对待。但安装侧推器在长期来看是非常合算的，开始安装的费用会因位减少了导航费，拖船费
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第一章绪论 1
1.1 研究背景及意义 1
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*好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^3^5`1^9`1^6^0`7^2#
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第一章绪论 1
1.1 研究背景及意义 1
1.2 侧推器概述 2
1.3 侧推器的优缺点 2
1.4 侧推器的结构 3
1.5 侧推器的工作原理 3
1.6 侧推器国内外的研究现状 4
1.7计算的发展 5
1.8论文主要研究内容 7
第二章船舶阻力的求解方法 8
2．1 船舶阻力 8
2．2 船舶阻力的成因 8
2．3船舶阻力的分类 8
2．4阻力换算方法 9
第三章软件介绍 13
3.1 solidworks 13
3.2CFD软件NUMECA 14
3.3设计软件包 14
3.4分析软件包 15
第四章数据处理 16
4.1无罩盖的模型计算 16
4.2有罩板的船模计算 17
4.3计算结果分析 18
第五章结论与展望 21
5.1结论 21
5.2展望 22
参考文献 23
第一章绪论
1.1 研究背景及意义
世界经济的高速发展，航运事业越来越发达，船舶总吨位不断攀升，船舶向着大型化，专业化的方向发展，港口交通越来越繁忙，水域相对变浅、变窄。大型油船、滚装船、航天测量船等对船舶的操纵性能有了了更高的要求。港内船舶变得难以操纵，为了减少对拖船的依赖，船舶操纵人员使用侧推器这种设备来辅助本船完成进出航道、港口，靠离泊位等港内操纵作业，这已然变成辅助船舶尤其是大型船舶进出港口、靠离泊位操纵的主要手段。港口和航道愈加繁忙让侧推器拥有更大的市场，侧推器的辅助效果让船舶的航行范围更大，操作更简单，航行更加自由。侧推器使得船舶缩短了航行的时间，也能节省大批费用。而且，随着人类越来越重视海洋开发，21世纪深海资源的开发将进入一个新的时代，各种海洋平台，水底深潜器等水上水中交通设备陆续进入人们的视野，复杂多变的海上环境使设备的操纵性面临许多问题，为了人员的安全，许多水域需要使用智能控制技术配备多个方向的推进器，实现自动操纵。动力定位系统是海洋平台上为船舶定位的一种方法，使用船上的自动控制系统，在船首、尾安装控制的侧向推进器，固定住船舶。并且，在水下工作的的船舶已经不能满足于一个方向上的推进系统，各个方向的推进互相配合才能满足该类型船舶复杂多变的需求。因而，多个方向上推进器的使用将是未来这一领域的重要操纵设备。侧推器在水下自主航行器研究领域充当主要的推进设备和操纵机构，在船舶以及海洋结构物动力定位领域发挥着重要的作用。 侧推进器在船舶与海洋工程领域的应用很广泛，已经成为船舶操纵不可或缺的辅助手段。相比螺旋桨而言，国内外对侧推器缺乏足够的研究，对侧推器相关问题的研究也不够深入，主要体现在以下几个方面：
1）国内外对侧推器的研究太过重视它的其操纵性能，作为动力定位系统的标准组成装置，其类似螺旋桨的水动力性能研究不够充分。
没有公开发表图纸的侧推器与螺旋桨不同，没有一个通用的标准缺乏理论和实验依据。侧推器实际设计上主要才有了许多现有的设备的额定推力，或对照相关的图谱进行对应的修改。
3）没能深入的研究流场参数影响等问题，不同侧推器效率当然也无法研究了。
本文主要针对艉侧推器阻力及流线数值模拟研究，利用Fluent计算流体力学软件数字模拟54kt艉侧推器阻力性能及流线状态，并调整艉侧推器罩板方向，并分析了侧推器周围流场的变化情况，将调整艉侧推器罩板方向后模拟出的阻力性能与按常规方向布置的罩板阻力性能作对比分析。本文对侧推器的相关研究与对相关计算结果的分析，对于侧推器的设计有一定的实用意义。因此，本文对侧推器的阻力及流线数值模拟研究研究具有一定的理论意义和实用价值。
1.2 侧推器概述
侧推器一般用于船舶在狭小的水道中航行、离开码头和转向，是传统设备无法良好操作或无法操作时的重要补充，在恶劣的环境中也得到充分的运用。侧推器诞生于十九世纪五十年代，多样化的操作环境让侧推器倍受青睐。
1.3 侧推器的优缺点
当今所有新建的大型船舶，基本上大型渡船和客船在建造时都会安装一个、两个甚至三个侧推器来满足对各种环境操作的需求。使用价格高昂的设备主要是为了在日常进出港口的时候减少对拖船的需求，如果缺少这些辅助操纵设备，大船在停泊和出港的时候将会产生一大笔费用，用于支付雇佣拖船帮助其出入港口。尽管大多数船长的驾驶技术已经有了相当大的提高，使得入港的停靠费用减少，但如果同时减少对拖船的依赖，这对经常进出港口的船舶来说，减省的费用是非常可观的。很多大客船由于航行技术和操纵设备的改善已经开始航行于一些小航道，出入一些比较小的港口。但很多内河航道现在禁止大型船舶在航道中做掉头或者转弯操纵，主要是宽度不够，为了防止交通堵塞或发生意外。然而，在这些水域，当大型船舶安装了侧推器时，大型船舶将能够在这些水域自由航行。侧推装备侧推器提高了船舶操纵对环境的适应，加强了船舶转向的能力，从而大大减少了对昂贵拖船使用的依赖。侧推器作为辅助船舶操纵的一种设备，它的安装会使船舶空间减小，而且侧推器的价格比较高昂，尤其对那些后来改装侧推器的船舶，其安装成本更大，也会对船舶性能造成影响，所以对船舶后期加装侧推器要慎重对待。但安装侧推器在长期来看是非常合算的，开始安装的费用会因位减少了导航费，拖船费
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