ibm-vof数值模拟方法在船舶水动力分析运用

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1、硕士学位论文IBM-VOF数值模拟方法在船舶水动力分析运用作者姓名_____________赖彬彬____________学科专业船舶与海洋结构物设计制造指导教师赵成璧副教授所在学院土木与交通学院论文提交日期2015年5月TheIBM-VOFNumericalSimulationMethodintheHydrodynamicsPerformanceofShipStructureADissertationSubmittedfortheDegreeofMasterCandidate：LaiBinbinSupervisor：Prof.ZhaoChengbiSouthChin

2、aUniversityofTechnologyGuangzhou,China分类号：O357.1学校代号：10561学号：201220106897华南理工大学硕士学位论文IBM-VOF数值模拟方法在船舶水动力分析运用作者姓名：赖彬彬指导教师姓名、职称：赵成璧副教授申请学位级别：硕士学科专业名称：船舶与海洋结构设计制造研究方向：船舶与海洋工程结构物先进设计与制造论文提交日期：2015年5月20日论文答辩日期：2015年5月29日学位授予单位：华南理工大学学位授予日期：年月日答辩委员会成员：主席：李德玉委员：赵成璧，王冬姣，胡金鹏，罗思洪华南理工大学学位论文原创性声明本人

3、郑重声明.•所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研宄所取得的研宄成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体己经发表或撰写的成果作品。对本文的研宄做出重要贡献的个人和集体，均己在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。作者签名:日期年f月災日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，即：研究生在校攻读学位期间论文工作的知识产权单位属华南理工大学。学校有权保存并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许学位论文被查阅（除在保密期内的保密论文外学校可以公布学位论文的全部或部分内

4、容，可以允许采用影印、缩印或其它复制手段保存、汇编学位论文。本人电子文档的内容和纸质论文的内容相一致。本学位论文属于：□保密，在年解密后适用本授权书。5/不保密，向意在校园网上发布，供校内师生和与学校有共享协议的单位浏览；同意将本人学位论文提交中国学术期刊(光盘版）电子杂志社全文出版和编入CNKI《中国知识资源总库》，传播学位论文的全部或部分内容。.(请在以上相应方框内打“V”）曰期：X5手:^么70曰期年作者联系电话：电子邮箱•_联系地址(含邮编）:摘要船舶与海洋工程水动力系数测试已从主要依靠物模试验发展到运用计算流体力学（CFD，ComputationalFlui

5、dDynamics）数值求解方法。其中，船舶在自由液面运动属于复杂边界流固耦合问题，需要处理自由表面边界及船舶剖面边界，是数值计算方法中的重点和难点之一。不同于一般贴体网格计算流体数值模拟方法，本文基于笛卡儿网格，结合浸入边界法（IBM，Immersedboundarymethod）和流体体积法（VOF，Volumeoffluid）建立了新型的水、气和固伪三相流数值水池求解器，以进行船舶与海洋工程“仿物理”数值模拟实验。在IBM-VOF数值模型中，基于笛卡尔网格系统采用压力增量投影法求解N-S方程，并应用IBM算法虚拟船舶表面边界条件，利用PLIC-VOF（PLIC，

6、PiecewiseLineInterfaceCalculation）方法追踪更新网格流体体积所占比例F，模拟流场中自由表面变化。为了避免求解复杂船型型线边界表面压力引起的数值偏差，在处理船舶与海洋结构物所受表面边界力时本文创新性采用IBM体积力求解方法。为了验证算法的适应性，本文基于IBM-VOF数值模型在数值水池中对S60船模典型船舯剖面进行垂向、横向和横摇强迫振荡数值试验，计算结果表明，船型剖面的附加质量和阻尼系数与前人CFD-RANS数值方法计算结果与实验数据非常吻合。这说明IBM-VOF数值模型能够很好地解决船型剖面水动力仿真计算问题。基于此，本文应用IBM-

7、VOF数值模型开展典型船舶模型水动力分析仿真应用。首先，对S60船模三个特殊典型剖面进行横摇振荡仿真试验，研究其摇荡幅值变化、周期变化、附体加载下船型剖面所受流体水动力变化，通过与CFD-RANS数值计算结果比较，进一步验证了IBM-VOF方法在处理二维船型剖面水动力性能的可靠性和准确性。最后，结合切片理论，利用IBM-VOF数值模型对S175三维集装箱船进行水动力数值模拟计算。计算结果表明基于IBM-VOF方法的S175船舯横剖面切片水动力系数与基于CFD-RANS数值方法计算结果基本一致；同时，与基于AQWA软件计算的S175三维集装箱船水动力系