三峡升船机中船舶进出船厢水动力数值模拟开题报告
2020-02-18 19:31:01
1. 研究目的与意义（文献综述）
船舶进出升船机船厢时，受到船厢限制水域的影响（升船机船厢设计水深为3.5m，船厢水域宽18m），阻力情况与无限水域中相比有许多不同的特点。比如会有浅水效应、岸壁效应、流动分离及漩涡等非线性现象。传统经验公式和无限水域中船舶水动力特性的相关成果难以适用于限制水域，同时难以考虑阻塞效应、浅水效应，无法进行精准的水动力学性能预报。因此有必要针对船舶进出船厢复杂的水动力学环境，进行船舶进出船厢的水动力性能问题研究，发展有效的求解方法。
随着船舶的大型化发展，限制域中船舶水动力学特性逐渐成为研究热点，国内外学者采用理论分析、数值模拟和物理模型试验的方法对船舶靠岸，浅水航行时的水动力特性进行了分析。
姜昱汐[1]和周领[2]指出船在比较狭窄的区域运动会产生浅水效应，船推动着水不易向四周散去，会在船的四周与船厢壁积聚，不仅影响船的粘性阻力同时影响兴波阻力。其次船体吃水增加和船的浮态会有所改变，在浅水中的船舶，会有比较大的下沉和纵倾，同时有一定角度的漂角，如果倾斜过大，会伴随着较大的波幅，影响计算水动力的准确性。mehdi nakisa[3]研究了浅水中的船岸水动力相互作用对船舶操纵性的影响，实验结果有利于水动力数值模拟和操纵性的研究。arifah ali[4]等人研究了高速船舶的浅水性能，通过浅水静力实验确定阻力分量、纵倾状态和船体周围最大波幅。hoyte c. raven[5]提出了一种修正浅水模型阻力试验对池壁影响的新方法，发现水箱或航道壁会使沿船舶（回流）的超速量增加一个在航道断面上大致恒定的量，利用由单个势流计算得出的体积流量，推导出一个代数方程，从中可以求解这个量。根据计算的流场和阻力的假设，可以很好地预测超速增量。mahsa ghazian arabi[6][等人针对较浅区域孤立波与方形截面的不透水结构的相互作用，用计算流体力学（cfd)对周围湍流进行模拟和数值计算，进一步了解块体周围的湍流相干结构的产生和传播。chun-beom hong[7]等人在研究限制航道的波浪现象时，运用欧拉方程和连续方程，采用约束插值轮廓（cip）算法求解控制方程中的对流项和运动自由面边界条件，为了验证数值方法的正确性，对威格利船体周围的自由表面流动进行了数值模拟，并与实验进行了比较。为了了解水道断面形状对船舶波浪的影响，将本数值模式应用于不同断面的自由面模拟，同时对浅水的波高和波型进行讨论。
2. 研究的基本内容与方案
2.1研究内容：
本文拟针对船舶进出船厢复杂的水动力学环境，进行限制水域中船舶粘性阻力特性数值计算。具体研究内容如下：
（1）针对集装箱船型，采用star ccm 建模，对船厢中直航问题进行数值模拟，并通过对比其他试验数值结果，对物理问题建模及数值结果进行有效性验证。
3. 研究计划与安排
| 时间 | 周数 | 内容 | 要求 |
| 第1-3周 | 3 | 查阅相关资料和文献，联系已经学习的知识，了解毕业论文的内容，明确论文任务，完成开题报告。学习starccm 软件的使用和清楚研究过程。 | 提交开题报告 熟悉软件操作 |
| 第4-5周 | 2 | 建立数值模型，并用实验结果进行验证 | 直航时计算结果与实测值要符合得较好 |
| 第6-7周 | 2 | 不同航速、不同船-岸间距船舶阻力计算 | 获得不同航速、不同船-岸间距船舶阻力 |
| 第8-10周 | 2 | 不同吃水、不同漂角船舶阻力计算 | 获得不同吃水、不同漂角的船舶阻力 |
| 第11-13周 | 2 | 对所得数据结果进行分析，探讨船-岸间距、吃水、漂角对船舶阻力的影响 | 完成计算结果后处理。 |
| 第14-15周 | 2 | 撰写毕业论文，进行答辩 | 完成毕业论文 |
4. 参考文献（12篇以上）
[1]姜昱汐. 三峡升船机中船进出承船厢的附加质量计算[d].大连理工大学,2002.
[2]周领. 升船机船厢对接过程波动特性三维数值模拟研究[d].重庆交通大学,2017.
[3]mehdi nakisa,fatemeh behrouzi,adi maimun, et al. numerical study on propeller performance for a vessel in restricted water[j]. procedia engineering,2017,194.
