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《船舶水動力的粘勢流耦合方法初探》由會員上傳分享，免費在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在學(xué)術(shù)論文-天天文庫。
1、上海交通大學(xué)碩士學(xué)位論文船舶水動力的粘勢流耦合方法初探碩士研究生：趙驥學(xué)號：1120109145導(dǎo)師：朱仁傳教授申請學(xué)位：工學(xué)碩士學(xué)科：船舶與海洋工程所在單位：船舶海洋與建筑工程學(xué)院答辯日期：2015年1月授予學(xué)位單位：上海交通大學(xué)DissertationfortheMaster’sDegreeinEngineeringStudyonViscous/PotentialMethodforshiphydrodynamicsAuthor:JiZhaoSpecialty:NavalArchitectureandOceanEnginee
2、ringSupervisor:Prof.ZhuRenchuanSchoolofNavalArchitecture,OceanandCivilEngineeringShanghaiJiaoTongUniverisityJanuary.2015上海交通大學(xué)碩士學(xué)位論文摘要船舶水動力性能預(yù)報是船舶生產(chǎn)設(shè)計過程中的重要環(huán)節(jié)，船舶水動力數(shù)值計算模擬也逐漸成為輔助船舶設(shè)計的重要手段，應(yīng)用高效準確的數(shù)值計算理論方法預(yù)報船舶水動力性能將會提升船舶設(shè)計能力，提高設(shè)計質(zhì)量、縮短設(shè)計周期。目前隨著計算機的發(fā)展，基于勢流理論的船舶航行興波、切片理論方
3、法等，在生產(chǎn)設(shè)計中已被廣泛用于預(yù)報船舶阻力與耐波性能，盡管計算流體動力學(xué)（CFD）方法更為全面真實的考慮了流體粘性屬性和流動非線性，但應(yīng)用CFD方法計算船體水動力性能時占有大量的計算機資源，計算時間長，甚至導(dǎo)致生產(chǎn)設(shè)計周期過長，使其在船舶設(shè)計中應(yīng)用受到較大的限制。本文采用速度分解方法，充分利用了勢流理論快速計算與CFD方法全面真實的特性，結(jié)合兩者優(yōu)勢給出了粘勢流耦合求解船舶水動力問題的方法，基于開源CFD軟件OpenFOAM平臺，開發(fā)了相應(yīng)的粘勢流耦合求解軟件，并驗證了理論方法和所開發(fā)的軟件的正確性。首先，論文采用Helmho
4、ltz速度分解，將流場速度分解為勢流部分和非勢流部分，剝離勢流部分后得到粘勢流耦合的變形NS方程，并進一步給出了耦合勢流理論求解變形NS方程的數(shù)值計算方法。以二維圓柱繞流為例，在OpenFOAM平臺上自主編程，實現(xiàn)了耦合二維圓柱繞流解析解的變形NS方程的求解。對流場中的速度、壓力，與文獻中的試驗及傳統(tǒng)CFD等的結(jié)果進行仔細比較和分析，驗證了該方法理論的正確性以及計算結(jié)果的準確性。在此基礎(chǔ)上，論文將該理論的應(yīng)用推廣至三維，并就三維潛體繞流進行了粘勢流耦合求解。三維潛體繞流的勢流問題直接采用了-I-上海交通大學(xué)碩士學(xué)位論文三維簡單
5、格林函數(shù)法進行了數(shù)值計算求解，并提出了源偶偏移法以確定變形NS方程相應(yīng)的定解邊界條件。自主編程在OpenFOAM平臺上實現(xiàn)了耦合三維潛體繞流勢流解的變形NS方程的求解。通過流場細節(jié)分析和最終計算的阻力與實驗數(shù)據(jù)的對比，驗證了粘勢流耦合方法用于計算三維繞流問題的準確性。最后論文以粘勢流耦合方法計算Wigley船體阻力為例，初步探索了其在船舶水動力性能計算上的應(yīng)用。船體阻力為興波阻力和粘性阻力之和。Wigley船航行興波阻力采用勢流方法求解，粘性阻力采用了粘勢流耦合方法求解疊模繞流獲得。船體疊模繞流的勢流解先由簡單格林函數(shù)法計算獲
6、得，以此為基礎(chǔ)進一步求解了變形NS方程的定解問題。獲得的船體阻力，通過與實驗及文獻上相關(guān)數(shù)據(jù)的進行了比較和分析，結(jié)果吻合良好。論文研究表明該方法正確，適應(yīng)性強，為改善粘流計算效率提供了新的途徑。關(guān)鍵字：粘勢流耦合，OpenFOAM，變形的NS方程，Helmholtz分解-II上海交通大學(xué)碩士學(xué)位論文StudyonViscous/PotentialMethodforshiphydrodynamicsABSTRACTThepredictionofshiphydrodynamicperformanceisanimportantpar
7、tintheprocessofshipdesignandproductionwhilenumericalsimulationofshiphydrodynamichasbecomingacommonmethodtoassistantshipdesign,soitisvitaltoexplorenewnumericalalgorithmswithbetterefficiency.Thepotentialtheory,whichincludestheusinginwavemakingandStriptheory,hasbeenwid
8、elyusedinpredictionofshipresistanceandseakeepingperformancealongwiththedevelopmentofcomputer.TheComputationalFluidDynamics(CFD)methodcanco
