基于CFD的减摇水舱阻尼隔板设计与船舶横摇模拟
船舶在波浪中产生的摇荡运动，影响着船舶的使用性能和安全性。其中，横摇的运动显著而影响严重，为了减少船舶在波浪中的摇荡，船上一般都会加装减摇装置，如减摇水舱等。横摇受粘性作用影响，减摇水舱中流动复杂且有强非线性和随机性，目前对此的理论计算还不能用于工程实际。基于CFD的数值模拟方法为解决船舶横摇预报、减摇水舱研究等问题提供了一种新的实现手段。
本文以一艘海洋工程船为对象，以基于CFD的RANS方法，计入粘性和自由面的影响，通过数值模拟，针对其横摇预报和减摇开展了一系列工作，进行了较为全面的分析研究。
首先，在探讨了无隔板水舱的晃荡特性后，进行三维矩形平面被动式减摇水舱的阻尼隔板设计，以提高水舱的减摇效果。选取3种舱内液深，设计6种隔板方案，比较了各液深下不同开孔方案的水舱强迫振荡水动力，并分析其减摇效果。讨论了不同的隔板位置和数目对阻尼效果的影响。优选得到的阻尼板方案，在模型试验中最大减摇效果达到65％。之后讨论了不同的周期、幅值、共振、转动中心等对水舱横摇的影响，分析后得到了一些结论和水舱使用的建议。
其次，模拟了船舶的典型剖面和带附体三维船模的静水中强迫横摇运动，对比剖面和船体的受力，分析横摇阻尼系数，讨论了舭龙骨、横摇周期、幅值等对船舶横摇的影响，得到了一些变化规律和结论;并进行了舭龙骨设计。
本文所用数值模拟方法能很好地用于强非线性复杂流动问题，对于水舱、船舶的二维或三维振荡，都可以成功的模拟，易于改变模型参数，进行系列设计;并表达流场细节，再现流动情景，预报相关水动力，仿真的准确性能满足要求，对工程应用很有实际意义。
通过本文的工作得到了以下结论:
1)在本文给出的6种阻尼隔板开孔方案中，减摇水舱的隔板开孔率与其阻尼效果成正比。水舱内液深、隔板的数目和位置选取对阻尼效果有较大影响。
2)在一定范围内，有水舱阻尼随周期变大而变大。不同的液深和隔板方案对这一周期范围有影响。
3)带隔板水舱的阻尼效果随横摇幅度的增大而增大。
4)横摇周期变化时，可调节水舱液深使水舱发生共振，达到最好的阻尼效果。在船吃水变化时，水舱一直发挥着良好的减摇作用，浅吃水时更能提供较大一些的阻尼效果。
5)船舶的横摇阻尼随着横摇频率的增大而逐渐增大，近似成线性关系。横摇阻尼随横摇幅值的增大而增大，近似成线性关系。
6)安装舭龙骨增大了船舶的横摇阻尼。本船更宜安装较宽而有一定长度的舭龙骨。
7)水舱和船舶横摇的无因次阻尼系数B44有明显的尺度效应，随船舶尺度的增加而变大。
8)船舶横摇情况一定时，调节减摇水舱液深可以增大水舱的有效减摇区间。
减摇水舱;阻尼隔板;船舶横摇;数值模拟;海洋工程船
武汉理工大学
硕士
船舶与海洋结构物设计制造
毛筱菲
2013
中文
U664.73;U661.321
99
2013-11-29（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）