32m定湿长圆舭快艇静水阻力数值模拟研究(附件)
摘 要摘 要圆舭快艇，也叫做过渡艇或者排水型艇，简称圆舭艇。圆舭快艇在航行时处于过渡状态,也就是在排水航行和滑行状态之间。速度范围大约在之间。快艇在滑行过程中产生动升力，这样大量减小兴波阻力，提高速度。在高速之前，艇体重量基本由净浮力支撑。由于高速滑行时的动升力作用，它的艇型、阻力计算方法等，都和别的典型排水型船不同，主要特点有：（1)圆舭，船身靠近尾部为逐渐变为尖舭，方尾；（2)影响阻力的主要因素为排水量长度系数和傅汝得数。（3)圆舭快艇经常选用高速柴油机作为主机，并且通风系统较好。本文介绍用FLUENT软件对圆舭快艇进行数值模拟，介绍相关CFD软件，探讨影响快艇静水阻力的因素。随着数值模拟技术的不断发展，用这种方法来研究快艇的水动力性能，将会得到越来越广泛的运用，并且越来越具有代表性。关键词:圆舭快艇；阻力；FLUENT 目 录
第一章 绪论 1
1.1 选题的意义和背景 1
1.2 国内外研究水平和发展现状 2
1.2.1 国内的研究及现状 2
1.2.2 国外的研究与现状 2
1.3 课题的研究内容与研究方法 3
1.4 本章小节 3
第二章 圆舭快艇的艇型特点和阻力性能 4
2.1 船舶航行中的航态 4
2.2 圆舭快艇的艇型特点 4
2.3 圆舭型快艇的阻力特性 5
2.3.1 圆舭快艇阻力曲线形状 5
2.3.2 圆舭快艇静水阻力分析 6
2.4 影响圆舭型艇阻力的主要参数 7
2.5 本章小节 8
第三章 基本理论与模拟方法 9
3.1 Fluent软件简介 9
3.1.1 FLUENT可以解决的问题 9
3.1.2 用FLUENT求解问题的步骤 10
3.2 控制方程 10
3.3 控制方程的离散 11
3.3.1 离散化方法 12
3.3.2 离散格式 13
3.3.3 离散格式的求解 14
3.4 边界条件 15
3.5 网格系统 16<
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072*
决的问题 9
3.1.2 用FLUENT求解问题的步骤 10
3.2 控制方程 10
3.3 控制方程的离散 11
3.3.1 离散化方法 12
3.3.2 离散格式 13
3.3.3 离散格式的求解 14
3.4 边界条件 15
3.5 网格系统 16
3.5.1 网格的类型 16
3.5.2 网格划分原则 17
3.6 本章小结 17
第四章 圆舭型快艇数值模拟 18
4.1 计算模型的建立 18
4.1.1 ANSYS ICEM CFD简介 18
4.1.2 建模和网格划分 18
4.1.3 设定控制域 20
4.1.4 网格划分 20
4.2 FLUENT计算 21
4.3 FLUENT后处理 26
4.4 本章小结 30
第五章 阻力估算与对比分析 31
5.1 圆舭快艇阻力计算常用方法 31
5.1.1 半理论半经验的阻力计算方法 31
5.1.2 利用快艇系列实验图谱估算阻力 31
5.1.3 用模型试验确定阻力 31
5.1.4 利用统计资料估算阻力 32
5.2 阻力估算 32
5.3 对比分析 33
5.4 本章小结 35
结语 36
致谢 37
参考文献 39
第一章 绪论
1.1 选题的意义和背景
随着时代的发展，人们对于高速度的海上交通工具的需求也快速增长。高速艇因为它的高速性被广泛应用于民用和军事领域。在民用方面，高速客艇、交通艇以及其他的工程用艇经常出现在人们面前，特别是在欧美一些发达国家。在军事领域中研制的各种战斗艇具有机动灵活、易隐蔽、战斗力强等优点，普遍受到各国的重视。但是快速艇本身也有许多不足之处，续航力相对较差，在一定程度上限制了它可以作战的范围；适航性能也比较不好，针对这一点一般战斗艇都会有明确的适航指标，而且它的的耐波性也不是很好，在波浪里航行也会受到限制，影响自身作战能力。目前，许多国家都在探索研发具有较好的耐波性和适航性的快速艇。快速艇在航行过程中经常处于不同的航行状态，航行过程中阻力变化也就变得非常复杂，因此快速艇的水动力性能研究相比于常规的船舶难度更大。快速艇是一种用途广泛的小型船舶，类型颇多。快速艇的设计跟一般排水型船舶相比有比较大的差别，因此一般的设计方法对于快速艇都不怎么适用。 高速船为了有效地减小船舶的静水阻力，从排水型、半排水型发展到水翼艇、气垫船，一步一步的实现了速度上的突破。但是这类快速艇在抬升方面所需的功率太大，很难增加快速艇的尺寸。因此今后高速船的发展，仍然将以排水型船舶为主，双、多体船、水翼艇等相结合。
近几年来，随着科学技术的发展，计算机领域也有了较大的提升，计算流体力学技术即CFD技术也逐渐出现在船舶研究当中。与具体的实验研究相比而言，数值模拟有许多优点，比如周期较短，成本较低，而且数值模拟还可以获得较为完整的实验数据并模拟出计算过程中的状态。因此，计算流体技术在工程领域已得到较为广泛的应用。计算流体力学技术CFD使得人们用较少的时间精力在相对短的时间里可以获得大量需要的实验结果，用计算流体力学技术CFD进行研究，能够科学准确地模拟运动航行情况，摆脱了实验的局限性，跟物理模型的试验相比，数值模拟对进一步研究快速艇的水动力性能有着重要发展意义，也更符合实际情况。
本次选题就是选用当前发展较为成熟的CFD软件FLUENT，用VOF方法，根据RNG k ?ε模型，通过解Navier-Stokes方程，对圆舭快艇静水阻力进行数值计算模拟，并观察流域和快速艇周围压力情况。
1.2 国内外研究水平和发展现状
1.2.1 国内的研究及现状
改革开放以来，我国的经济实力和军事实力不断增强，综合国力得到较大的提升，这对我国船舶制造业也是一种很大的挑战。近几年来，我国高速船也有了一定发展，对我国水路运输也起到非常重要的作用。随着经济的发展，人们对高速艇的需求也会越来越大，特别是像长三角、珠三角这些人员流动密集的地区。
国内一些研究所，高等院校结合产品也发表过一些有关圆舭快艇的设计估算文献，也在减小阻力方面有所进展。近年来我国研发成功的快速船有：“远舟一号”水翼船，ps30型全浸式水翼船等。最近，国际上技术最先进的全封闭高速救生艇由北海重工研发成功，并获得中国船级社的高度认可。
我国海岸线长，内河水域多，但是沿海域各地天气地理条件等有很大的差异。因此，国内发展高速艇必须多样化发展，因地制宜。此外，由于这类高速艇不是批量生产，考虑到试验费用相对较高，因此在初步设计阶段几乎不做模型试验。国内目前有海军工程大学和武汉船舶研究所等对高速艇进行实验研究。而目前国内CFD软件与理论方法相
第一章 绪论 1
1.1 选题的意义和背景 1
1.2 国内外研究水平和发展现状 2
1.2.1 国内的研究及现状 2
1.2.2 国外的研究与现状 2
1.3 课题的研究内容与研究方法 3
1.4 本章小节 3
第二章 圆舭快艇的艇型特点和阻力性能 4
2.1 船舶航行中的航态 4
2.2 圆舭快艇的艇型特点 4
2.3 圆舭型快艇的阻力特性 5
2.3.1 圆舭快艇阻力曲线形状 5
2.3.2 圆舭快艇静水阻力分析 6
2.4 影响圆舭型艇阻力的主要参数 7
2.5 本章小节 8
第三章 基本理论与模拟方法 9
3.1 Fluent软件简介 9
3.1.1 FLUENT可以解决的问题 9
3.1.2 用FLUENT求解问题的步骤 10
3.2 控制方程 10
3.3 控制方程的离散 11
3.3.1 离散化方法 12
3.3.2 离散格式 13
3.3.3 离散格式的求解 14
3.4 边界条件 15
3.5 网格系统 16<
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072*
决的问题 9
3.1.2 用FLUENT求解问题的步骤 10
3.2 控制方程 10
3.3 控制方程的离散 11
3.3.1 离散化方法 12
3.3.2 离散格式 13
3.3.3 离散格式的求解 14
3.4 边界条件 15
3.5 网格系统 16
3.5.1 网格的类型 16
3.5.2 网格划分原则 17
3.6 本章小结 17
第四章 圆舭型快艇数值模拟 18
4.1 计算模型的建立 18
4.1.1 ANSYS ICEM CFD简介 18
4.1.2 建模和网格划分 18
4.1.3 设定控制域 20
4.1.4 网格划分 20
4.2 FLUENT计算 21
4.3 FLUENT后处理 26
4.4 本章小结 30
第五章 阻力估算与对比分析 31
5.1 圆舭快艇阻力计算常用方法 31
5.1.1 半理论半经验的阻力计算方法 31
5.1.2 利用快艇系列实验图谱估算阻力 31
5.1.3 用模型试验确定阻力 31
5.1.4 利用统计资料估算阻力 32
5.2 阻力估算 32
5.3 对比分析 33
5.4 本章小结 35
结语 36
致谢 37
参考文献 39
第一章 绪论
1.1 选题的意义和背景
随着时代的发展，人们对于高速度的海上交通工具的需求也快速增长。高速艇因为它的高速性被广泛应用于民用和军事领域。在民用方面，高速客艇、交通艇以及其他的工程用艇经常出现在人们面前，特别是在欧美一些发达国家。在军事领域中研制的各种战斗艇具有机动灵活、易隐蔽、战斗力强等优点，普遍受到各国的重视。但是快速艇本身也有许多不足之处，续航力相对较差，在一定程度上限制了它可以作战的范围；适航性能也比较不好，针对这一点一般战斗艇都会有明确的适航指标，而且它的的耐波性也不是很好，在波浪里航行也会受到限制，影响自身作战能力。目前，许多国家都在探索研发具有较好的耐波性和适航性的快速艇。快速艇在航行过程中经常处于不同的航行状态，航行过程中阻力变化也就变得非常复杂，因此快速艇的水动力性能研究相比于常规的船舶难度更大。快速艇是一种用途广泛的小型船舶，类型颇多。快速艇的设计跟一般排水型船舶相比有比较大的差别，因此一般的设计方法对于快速艇都不怎么适用。 高速船为了有效地减小船舶的静水阻力，从排水型、半排水型发展到水翼艇、气垫船，一步一步的实现了速度上的突破。但是这类快速艇在抬升方面所需的功率太大，很难增加快速艇的尺寸。因此今后高速船的发展，仍然将以排水型船舶为主，双、多体船、水翼艇等相结合。
近几年来，随着科学技术的发展，计算机领域也有了较大的提升，计算流体力学技术即CFD技术也逐渐出现在船舶研究当中。与具体的实验研究相比而言，数值模拟有许多优点，比如周期较短，成本较低，而且数值模拟还可以获得较为完整的实验数据并模拟出计算过程中的状态。因此，计算流体技术在工程领域已得到较为广泛的应用。计算流体力学技术CFD使得人们用较少的时间精力在相对短的时间里可以获得大量需要的实验结果，用计算流体力学技术CFD进行研究，能够科学准确地模拟运动航行情况，摆脱了实验的局限性，跟物理模型的试验相比，数值模拟对进一步研究快速艇的水动力性能有着重要发展意义，也更符合实际情况。
本次选题就是选用当前发展较为成熟的CFD软件FLUENT，用VOF方法，根据RNG k ?ε模型，通过解Navier-Stokes方程，对圆舭快艇静水阻力进行数值计算模拟，并观察流域和快速艇周围压力情况。
1.2 国内外研究水平和发展现状
1.2.1 国内的研究及现状
改革开放以来，我国的经济实力和军事实力不断增强，综合国力得到较大的提升，这对我国船舶制造业也是一种很大的挑战。近几年来，我国高速船也有了一定发展，对我国水路运输也起到非常重要的作用。随着经济的发展，人们对高速艇的需求也会越来越大，特别是像长三角、珠三角这些人员流动密集的地区。
国内一些研究所，高等院校结合产品也发表过一些有关圆舭快艇的设计估算文献，也在减小阻力方面有所进展。近年来我国研发成功的快速船有：“远舟一号”水翼船，ps30型全浸式水翼船等。最近，国际上技术最先进的全封闭高速救生艇由北海重工研发成功，并获得中国船级社的高度认可。
我国海岸线长，内河水域多，但是沿海域各地天气地理条件等有很大的差异。因此，国内发展高速艇必须多样化发展，因地制宜。此外，由于这类高速艇不是批量生产，考虑到试验费用相对较高，因此在初步设计阶段几乎不做模型试验。国内目前有海军工程大学和武汉船舶研究所等对高速艇进行实验研究。而目前国内CFD软件与理论方法相
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