艏艉线型优化对船舶阻力性能的影响.pdf

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1、艏艉线型优化对船舶阻力性能的影响。‘王超1’2，何苗2，王伟2，熊鹰1，黄胜2(1．海军工程大学船舶与动力学院，湖北武汉430033l2．哈尔滨T程大学船舶T程学院。黑龙江哈尔滨150001)摘要：为提高母型船阻力性能，以船体阻力性能为优化对象，基于改造母型船法，研究船舶球鼻艏以及船尾线型的改变对船舶阻力性能的影响。采用高度集成化的Tribon系统、可视化绘图软件AutoCAD及CFD(ComputationalFluidDy．namics)通用前处理软件ICEM联合建模的方法来建立船体模型。通过模拟计算结果与实验值的对比分析，

2、验证CFD技术在船舶阻力性能预报中的合理性和有效性。通过对比3种不同球鼻艏时的船体阻力得知：从阻力性能方面考虑。对于低速丰满型船舶选用普通型球鼻艏以及中高速船舶采用上翘型球鼻艏均可以获取较好地减阻效果。同时比较不同航速下尾部线型对船体总阻力的影响表明，选优后的方形尾在相同的航速下阻力低、消耗的功率小、形状效应小、黏压阻力和摩擦阻力也相对较小。关键词：球鼻艏；阻力性能；傅汝德数；CFD技术；数值模拟中图法分类号：U661文献标志码：A文章编号：1672-5174(2012)04—075—07随着当今世界能源紧张，燃油成本在船舶营运

3、总成本中的比重也不断提升，开发性能优良的船型，节能降耗已成航运界和造船界共同追求的目标。在船舶性能研究领域，降低油耗，提升船舶的快速性指标，已成为新船建造必做的研发内容[1]。船舶线型的优劣是衡量船舶快速性技术水平的标志性因素之一。在现代舰船设计中，球鼻艏被广泛地应用在各种军事和民用船‘舶中。对于民用船舶来说，球艏产生的波与船首前波相互叠加可以形成有利干扰，能够有效地减小兴波阻力，有利于提高航速以达到更好的经济性能；对于军用舰船，球鼻艏内还可以放置声纳等设备，实现特殊的功能[z-5]。球鼻艏有常规型、上翘型、埋首型等多种形式，不

4、同形式的球鼻艏对于船舶性能的影响也各不相同№”。从有利于阻力性能的角度来进行球鼻艏的选型，以获得更加优良的局部型线，为船舶节能提供一种行之有效的方法。随着计算机技术的快速发展，为船型优化设计提供了高效快捷的手段。船型优化包括船体型线优化，船体型线优化通常可以应用数学方法对型线进行光顺，电子计算机辅助产生型线更是得到了广泛的应用[8]。近年来CFD技术的发展迅猛，使得船舶黏性绕流场的数值模拟也有了长足的进步，对于单体船流场，。不仅可以得到船体表面波形以及尾部伴流特征，在阻力预报上也与试验吻合较好，为船体线型的优化和评价提供了良好手

5、段。以船体阻力性能为型线优化对象时，只能在某些约束条件下完成。本文在保证母型船主要参数不变的情况下，基于改造母型船法，借助Tribon—Lines模块进行船舶线型的生成和光顺。采用CFD技术对船舶阻力较为敏感的球艏及尾部线型进行分析研究，通过船舶快速性及流场特性预报，比较不同球鼻艏及尾部线型方案的阻力性能优劣。同时文中还对不同傅汝德数下船体周围自由液面三维波形图和波高等值线进行了比较分析。1艏艉的选型1．1球鼻艏线型选取3条与母船型相似的带有不同球鼻艏的船型进行黏性绕流场的数值模拟，讨论不同形式的艏部线型对船体阻力的影响。为了便

6、于说明，3种新船型记为方案1、2和3。方案1具有与母型船同样的埋首型球鼻艏．只是尺度有所不同(具体差异见表1)；方案2为普通型球鼻艏；方案3为上翘型球鼻艏，球艏具体形状见图1。为了使计算结果具有可比性，将3条新船主尺度经过仿似变换变成与母船型相同的尺寸。裹I不同船型的球艏几何参数Table1Theparametersofdifferentbulbousbows+—]丽耵巧历薇—————————————————一GeometryparameterofC■C西csCsLQ协／％bulbousbow上表中球艏的主要几何参数‘73定义如

7、下：突出量(长度系数)：％=Lpr／L弦(L户卜球艏伸出首垂线的长度，L坤一垂线间长)l·基金项目t国家自然科学基金项目(10702016)l中央高校基本科研业务费专项(HEUCFTl001)资助收稿

8、l期1201卜04·281修订U期t201l·10·15作者简介I王超(1982·)．男．讲师．E-mail,zhita00213@sins．corn!!!苎兰兰查兰兰兰。!!!!!高度系数：C五一乙／丁_(五一球艏最前缘点距基线的高度，丁^一首吃水)；横剖面面积系数：Cs=S／SM(s～首垂线处横剖面面积，sw一船中横剖面面积)

9、；纵剖面面积系数：Ca=St／Su(SL球艏纵剖面面积；S”一船中横剖面面积)；r相对排水量：c啊一VI／V(V")一Is(z)d．z(v，一球艏所增加的体积，v一船体排水体积)。母型船方案1Originalhullschcmc方案3Scheme3图1各方案船型