基于CFD的減搖水艙阻尼隔板設(shè)計與船舶橫搖模擬.pdf

1、船舶在波浪中產(chǎn)生的搖蕩運動，影響著船舶的使用性能和安全性。其中，橫搖的運動顯著而影響嚴重，為了減少船舶在波浪中的搖蕩，船上一般都會加裝減搖裝置，如減搖水艙等。橫搖受粘性作用影響，減搖水艙中流動復(fù)雜且有強非線性和隨機性，目前對此的理論計算還不能用于工程實際。基于CFD的數(shù)值模擬方法為解決船舶橫搖預(yù)報、減搖水艙研究等問題提供了一種新的實現(xiàn)手段。
　　 本文以一艘海洋工程船為對象，以基于CFD的RANS方法，計入粘性和自由面的影響，通

2、過數(shù)值模擬，針對其橫搖預(yù)報和減搖開展了一系列工作，進行了較為全面的分析研究。
　　 首先，在探討了無隔板水艙的晃蕩特性后，進行三維矩形平面被動式減搖水艙的阻尼隔板設(shè)計，以提高水艙的減搖效果。選取3種艙內(nèi)液深，設(shè)計6種隔板方案，比較了各液深下不同開孔方案的水艙強迫振蕩水動力，并分析其減搖效果。討論了不同的隔板位置和數(shù)目對阻尼效果的影響。優(yōu)選得到的阻尼板方案，在模型試驗中最大減搖效果達到65％。之后討論了不同的周期、幅值、共振、轉(zhuǎn)動

3、中心等對水艙橫搖的影響，分析后得到了一些結(jié)論和水艙使用的建議。
　　 其次，模擬了船舶的典型剖面和帶附體三維船模的靜水中強迫橫搖運動，對比剖面和船體的受力，分析橫搖阻尼系數(shù)，討論了舭龍骨、橫搖周期、幅值等對船舶橫搖的影響，得到了一些變化規(guī)律和結(jié)論;并進行了舭龍骨設(shè)計。
　　 本文所用數(shù)值模擬方法能很好地用于強非線性復(fù)雜流動問題，對于水艙、船舶的二維或三維振蕩，都可以成功的模擬，易于改變模型參數(shù)，進行系列設(shè)計;并表達流場細

4、節(jié)，再現(xiàn)流動情景，預(yù)報相關(guān)水動力，仿真的準確性能滿足要求，對工程應(yīng)用很有實際意義。
　　 通過本文的工作得到了以下結(jié)論:
　　 1)在本文給出的6種阻尼隔板開孔方案中，減搖水艙的隔板開孔率與其阻尼效果成正比。水艙內(nèi)液深、隔板的數(shù)目和位置選取對阻尼效果有較大影響。
　　 2)在一定范圍內(nèi)，有水艙阻尼隨周期變大而變大。不同的液深和隔板方案對這一周期范圍有影響。
　　 3)帶隔板水艙的阻尼效果隨橫搖幅度的增大而

5、增大。
　　 4)橫搖周期變化時，可調(diào)節(jié)水艙液深使水艙發(fā)生共振，達到最好的阻尼效果。在船吃水變化時，水艙一直發(fā)揮著良好的減搖作用，淺吃水時更能提供較大一些的阻尼效果。
　　 5)船舶的橫搖阻尼隨著橫搖頻率的增大而逐漸增大，近似成線性關(guān)系。橫搖阻尼隨橫搖幅值的增大而增大，近似成線性關(guān)系。
　　 6)安裝舭龍骨增大了船舶的橫搖阻尼。本船更宜安裝較寬而有一定長度的舭龍骨。
　　 7)水艙和船舶橫搖的無因次阻尼系