金枪鱼船水动力数值模拟与试验研究

《金枪鱼船水动力数值模拟与试验研究》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

硕士学位论文封面:密级图书分类号UDC貪专业学位硕士研究生学位论文金枪鱼船水动力数值模拟与试骆二/、/刘在良,作者姓名：指导教师:谢永和专业种类:渔业装备与技术专业领域:设施农业学习方式:非全日制;卜-.所在学院：海运与港航建筑工程学院：:二二‘r提交日期：2015年4月 浙江海洋学院论文原创性声明本人声明，所呈交的学位论文系在导师指导下本人独立完成的研究成果。文中依法引用他人的成果，均已做出明确标注或得到许可。论文内容未包含法律意义上己属于他人的任何形式的研究成果，也不包含本人己用于其他学位申请的论文或成果。本人如违反上述声明，愿意承担以下责任和后果：1.交回学校授予的学位证书；2.学校可在相关媒体上对作者本人的行为进行通报;3.本人按照学校规定的方式,对因不当取得学位给学校造成的名誉损害，进行公幵道歉；4.本人负责因论文成果不实产生的法律纠纷。论文作者签名：日期：年月日 浙江海洋学院论文知识产权权属声明本人在导师指导下所完成的论文及相关的职务作品，知识产权归属浙江海洋学院。学校享有以任何方式发表、复制、公幵阅览、借阅以及申请专利等权利。本人离校后发表或使用学位论文或与该论文直接相关的学术论文或成果时，署名单位仍然为浙江海洋学院。1,学位论文作者签名0^指导教师签名：却吻曰期：年月曰期：年 《中国博士学位论文全文数据库》、《中国优秀硕士学位论文全文数据库》和《万方硕博论文库》投稿声明研究生处：本人同意《中国博士学位论文全文数据库》、《中国优秀硕士学位论文全文数据库》和《万方硕博论文库》出版章程的内容，愿意将本人的学位论文委托研究生处向中国学术期刊（光盘版）电子杂志社的《中国博士学位论文全文数据库》、《中国优秀硕士学位论文全文数据库》和《万方硕博论文库》投稿，希望《中国博士学位论文全文数据库》、《中国优秀硕士学位论文全文数据库》和《万方硕博论文库》给予出版，并同意在《中国博士学位论文全文数据库》、《中国优秀硕士学位论文全文数据库》、《万方硕博论文库》以及CNKI系列数据库中使用，同意按章程规定享受相关权益。论文级别：f硕士•博士学位论文作者签名声咏指导教师签名却力十日期：年月日日期:年月日 浙江海洋学院专业学位硕士论文金枪鱼船水动力数值模拟与试验研究作者姓名：刘在良指导教师：谢永和专业种类：渔业装备与技术专业领域：设施农业学习方式：非全日制学位授予单位：浙江海洋学院论文答辩日期：2015年5月20日 ADissertationforMaster’sDegreeSubmittedtoZhejiangOceanUniversityStudyonhydrodynamicnumericalsimulationandexperimentoftunaboatCandidate:：LiuZailiangSupervisor：XieYongheSpeciality：FishingEquipmentandTechnologyDateOfSubmission：April2015 摘要摘要金枪鱼钓船在船型上有不同于其他船型的特点，其航速较高，是属于油耗较大的“消费船型”。快速性是船舶诸性能中的重要性能之一，在一定程度上对金枪鱼钓船的经济性和使用性造成影响。研究其水动力性能对于改善金枪鱼船的快速性十分必要。本文以数值模拟与拖曳试验为基础，结合流体动力学理论，深入研究了金枪鱼钓船的特色船型对其粘性绕流的水动力性能。首先，介绍了研究背景和国内外对金枪鱼船的研究进展，并提出金枪鱼船水动力数值模拟与试验的研究思路。本研究采用SIMPLE算法求解RANS方程，数值模拟船模粘性绕流场问题并计算船模阻力大小。其次，通过数值模拟wigley数学船型的粘性流场，将计算出来的船模总阻力和水线面的波高图与试验结果比较，验证本文数值方法的可行性。再次，对金枪鱼船绕流场的水动力性能进行了数值模拟，分析了扁平球艏在不同流速的外流场下的水动力性能。最后，通过拖曳水池，对金枪鱼钓船船模进行拖曳试验，并与数值模拟结果进行比较，相互验证结果的准确性，分析了金枪鱼船型的水动力性能。另外，通过附体阻力试验，分析附体阻力成分，估算附体阻力大小，预报实船在各个航速下的阻力。关键词：金枪鱼船；CFD；阻力；船模试验Ⅰ 摘要ABSTRACTTunafishingboatisdifferentfromothertypesofshipincymbiform.Ithasamuchhigherspeed.Itbelongsto‘consumingshiptype’,whichcostsmoreoilthanothertypes.Rapidityisoneofthemostimportantfunctionsoftheship.Itpartlyaffectstheeconomyandusageofthetunafishingboat.It’snecessarytostudyitshydrodynamicperformanceinordertoimprovetherapidity.Thispaperdependsonthenumericalsimulationandthetowingtrial,thencombinesitwiththetheoryofhydrodynamicstoresearchtheeffectofthisspecialshiptypetothehydrodynamicperformanceofviscousflowfurther.Thispaperfirstmakessomeintroductionsoftheinternationalresearchstatusofthevessel’shydrodynamicperformance.Afterwards，itputsforwardtheresearchapproachofhydrodynamicnumericalsimulationandexperimentabouttunaboat.ThisresearchtakestheSIMPLEalgorithmtosolvetheRANSequation，thennumericalsimulatestheviscousflowfieldaroundtheshipmodelandcalculatesresistanceoftheshipmodel.AfterthatthroughnumericalsimulatingtheviscousflowfieldoftheshipmodelWigley,thepapercomparestheshipmodelresistanceandthegraphofthewaterheightonthesurfaceofthewaterlinewiththetestresultsinordertoconfirmthefeasibilityofthenumericalmethodputforwardsinthispaper.Then,itnumericalsimulatestheshipmodel’shydrodynamicperformanceintheflowfield,andanalyzesthehydrodynamicperformanceofflatbulbbowinthefieldsofdifferentvelocity.Finally,byusingthetowingtankinthefishinggearandhydrodynamiclaboratory,itconductsatowingtrialofthemodelWigleyandcomparestheresultsoftestwiththatofnumericalsimulation.Italsoconfirmsthefeasibilityofbothofthetestandthenumericalsimulation,thenconcludesthecauseoftheerror.Additionally,throughtheappendageresistancetest,itestimatestheresistancesoffull-scaleshipofdifferentvelocity.KEYWORDS:Tunaboats；CFD；Resistance；ModeltestⅡ 金枪鱼船水动力数值模拟与试验研究目录第一章绪论.......................................................................................................11.1研究背景与意义......................................................................................11.2国内外研究进展......................................................................................21.2.1理论方法.......................................................................................21.2.2试验方法.......................................................................................31.2.3数值模拟.......................................................................................31.3本论文的主要内容..................................................................................41.3.1论文的创新点和关键技术...........................................................51.3.2论文所要做的工作.......................................................................5第二章CFD数值模拟的基本理论...............................................................62.1控制方程.................................................................................................62.1.1能量守恒方程（能量方程）.......................................................62.1.2质量守恒方程（连续性方程）..................................................72.1.3动量守恒方程（粘性流体运动方程）......................................72.1.4雷诺平均N-S方程——RANS方程......................................82.2湍流模型概述.........................................................................................92.2.1零方程湍流模型..........................................................................92.2.2一方程湍流模型.........................................................................102.2.3RNGk-ε模型.........................................................................102.2.4标准k−ε模型.........................................................................112.2.5SSTk-ω模型..........................................................................122.3边界条件...............................................................................................132.3.1入口边界条件............................................................................142.3.2出口边界条件.............................................................................142.3.3壁面边界条件.............................................................................142.4建立离散方程........................................................................................142.5自由液面的模拟....................................................................................152.6本章小结...............................................................................................16第三章Wigley船型数值模拟及验证.........................................................173.1计算对象................................................................................................173.2数值模拟设置.......................................................................................193.3网格依赖性验证....................................................................................193.3.1网格数量验证.............................................................................193.3.2yplus验证..................................................................................22Ⅲ 目录3.4验证结果................................................................................................223.5阻力预报................................................................................................233.6本章小结................................................................................................25第四章超低温金枪鱼钓船数值模拟.............................................................264.1船模介绍................................................................................................264.2计算域....................................................................................................274.3网格划分................................................................................................284.4网格依赖性验证....................................................................................304.5计算结果及分析....................................................................................314.5.1船模阻力大小.............................................................................314.5.2自由液面的波高图.....................................................................324.5.3船体流线图.................................................................................334.5.4船体尾部的流线图.....................................................................354.6本章小结........................................................................................37第五章金枪鱼钓船模型试验研究.................................................................385.1傅汝德数相似准则...............................................................................385.2模型实验...............................................................................................395.2.1试验仪器设备.............................................................................395.2.2实验方案....................................................................................415.3实验结果及分析...................................................................................425.3.1无龙骨船模试验与其数值模拟结果对比：.............................425.3.2船模有无龙骨结果对比.............................................................455.4本章小结...............................................................................................52第六章总结和展望.........................................................................................536.1总结........................................................................................................536.2展望........................................................................................................53参考文献..............................................................................................................55在读期间发表的学术论文及研究成果..............................................................59在读期间发表的学术论文：......................................................................59Ⅳ 第一章绪论第一章绪论1.1研究背景与意义作为一种肉质鲜美、大体型的鱼类，金枪鱼的重量一般能达到30～50kg，其广泛分布在南北纬40°区域内。当前，金枪鱼的捕捞方法有两种：一种叫作延绳钓作业，就是用一根干绳，每隔约50m系一根钓绳，钓绳上再系钓钩，干绳上系浮绳，浮绳上面连一个浮子；另一种叫作围网作业，就是采用大型围网来捕捞金枪鱼。[1~2]用延绳钓渔具的渔船，称为金枪鱼延绳钓渔船；另外一种围网式的被称为金枪鱼围网渔船。远洋金枪鱼延绳钓渔船首先采用的国家是日本，经过多年的发展，这逐渐为一种主要的渔船船型。日本的海洋渔业高度发达，其远洋渔业中，金枪鱼延绳钓船的产值，[3]早就已经超过拖网渔业总和。日本比较重视远洋金枪鱼延绳钓渔船的原因，首先在于日本人食用生鱼片的习俗；其次，钓捕所得金枪鱼的质量较好。钓捕的金枪鱼的经济价值很高。早在90年代，日本的鲜金枪鱼的销量占到世界总量的13%上下，市场原因促使国家大力发展延绳钓渔船。由于一些客观条件的限制，金枪鱼延绳钓渔船越来越受到[4]欢迎。我国在这方面也有过不少实践，但总体来说，我国在这方面虽有所涉猎，但迄今和先进国家和地区相比仍然差距很大。改装后小型钓船仍然有以下不足：（1）赤道范围环境恶劣，小船难以安装空调，工作条件太差。（2）冷冻水平低，鱼产品的质量偏低。（3）拖网型笼统地改成钓船，在布置等层面存在不足。（4）船小，安全达不到，不满足时常有风暴出现的赤道附近的渔场。（5）自持力不足，影响作业。由于有很高的经济价值，再加之较大的开发潜力，因此，尽管目前各国入渔条件越来越严格，我们仍要大力开发渔钓船。自主开发金枪鱼延绳钓船有以下好处:①增创外汇；②促进机电、制冷等相关产业；③提高我国在国际上经贸地位；④保护沿海渔业资源；⑤缓解就业。总而言之，应从技术、经济诸多方面出发，进行综合的分析，力争尽早提升我国[3]的远洋金枪鱼延绳钓船队水平。对于远洋金枪鱼钓船的理论研究。[3-8]陈龙和贾复详细的阐述了远洋延绳钓渔船的发展过程，分析了我国远洋金枪1 金枪鱼船水动力数值模拟与试验研究鱼延绳钓渔业的现状、存在的问题并对比日本金枪鱼延伸钓渔业的发展，为我国金枪鱼渔业提出了相应的发展策略。1996年陈锡肠结合远洋金枪鱼延绳钓渔船动力装置设计，分析讨论了制冷装置、[9]捕捞机械和柴油机型式等问题，就渔船动力装置提出了合理方案。许肇洲阐述了日本金枪鱼延绳钓渔船设计特点，分析了主尺度等要素，为设计金[10]枪鱼延绳钓渔船提供参考。[11]林宏惠从总体性能、冷藏保鲜及主要几点配置等方面介绍了国内首次为澳洲研发设计的小型延绳钓渔船。赵智萍在收集了大量金枪鱼延绳钓渔船资料，分析其总布置、主尺度及船员配备等性能。但是，对于快速性的研究仅运用经验公式进行了估算。综上所述，国内对金枪鱼船的研究，并未通过数值模拟和船模试验对其水动力性能进行深入探讨；金枪鱼钓船在船型上有不同于其他船型的特点，其航速较高，是属于油耗较大的“消费船型”。快速性是船舶诸性能中的重要性能之一，在一定程度上对金枪鱼钓船的经济性和使用性造成影响。研究其水动力性能对于改善金枪鱼船的快速性十分必要。1.2国内外研究进展现阶段，对于船舶水动力性能的研究方法有:理论研究方法、数值模拟和试验方[12-15]法。1.2.1理论方法理论方法是对实际现象，进行力学抽象以及数学建模，并利用数学工具和流体力[12-15]学的基本理论来分析、研究和计算船舶阻力。这种方法近些年来并没有被普遍用到船舶设计和制造中去，原因在于：一是进行力学抽象，对于一些问题进行了假定，实际情况有一定出入，所以，得到的结果准确性不高；二是船体形状复杂，其运动情况较多，不易分析和研究。虽然，现阶段理论研究方法，很难得到一个定量的结论，但能够合理的解释现实现象，为我们的研究指明了方向。近年来数学、流体力学和计算机技术的发展，使理论研究工作有了更进一步发展。通过理论研究能够开拓新的领域，发现新的问题，为船型优化、开发和旧船型的性能改进等指明方向。所以，理论分析法仍是船舶水动力性能研究的重要手段。2 第一章绪论1.2.2试验方法[12-15]试验方法包括实船试验和船模试验。实船试验的目的是一方面确定船舶的性能是否达到设计要求，另一方面，对船模试验结果的准确性进行验证。然而，实船测试成本较大，新船可以在常规的试航下进行测试，但通常也很少进行。另一种方式是进行船模试验，通过船模试验来研究船舶快速性有如下优势：一方面，试验方式，简单，相对实船实验花费较少；另一方面，可提供定量数据。因此，为船模试验主要的试验方式。现实中，几乎所有船舶在设计阶段，都需要对船舶进行试验研究，以获取一个定量的结果。目前船模试验在国内外具有广泛的应用，几乎所有优良船型都是进行大量模型试验后得到的，大多数较重要的船舶都需要做船模试验而才进行建造的。一方面，船模和实船存在尺度效应，另一方面，船模试验受到各个因素影响，无[12-15]法实现船模和实船绕流情况的全相似。因此，船模试验不能完全取代实船试验。1.2.3数值模拟随着计算机软硬件技术的发展和不断改进，计算流体力学也日臻完善。伴随着诸多计算方法的涌现，原有各计算方法在改进中不断提高，譬如常用的差分法和有限体积法等。这些数值模拟技术的完善，为流体机理研究以及船体周围流动模拟的深入和[16]细化提供了可能，极大地服务了船舶阻力的研究。粘性是流体的一种固有属性，如果考虑它的影响，对很多问题的研究将很难开展。所以，人们初始阶段的研究，一般将流体作为理想流体，即无粘流体来处理。在船舶[17]水动力计算上，也是不考虑粘性的影响，通常用势流方法研究船舶水动力性能。而今，势流理论已经几乎可以精确计算船舶兴波阻力，可见其已相当成熟。但就船舶绕流数值模拟，势流理论无法计算粘性阻力或预报流场细节。因此，此类问题多采用粘性流计算方法。就船舶来说，粘性的存在将影响船后的伴流场和船体的薄壁边界层。船体是一个三维曲面，从首部到尾部，由于曲面的变化，边界层也随之变化。在尾部，通过研究可以发现存在流线的聚散等现象，大大的影响了整个船体的各种水动力性能。通过数值模拟和试验研究船体水动力性能是十分必要的。[23-29]船舶粘性绕流数值模拟研究始于62年。Hess&Smith发表了用叠模绕流的方法求解任意三维无升力物体势流的论文，这标志着基于计算机的流体力学数值模拟的3 金枪鱼船水动力数值模拟与试验研究开始。60年代后期主要研究的是基于边界层理论。1980年，由SSPA（SwedishStateShipbuildingTank）和ITTC（InternationalToweringTankConference）阻力委员会组织召开了首届哥德堡会议，共有17家单位参与，其中16家采用边界层方法，只有一家使用RANS方法。2000年的哥德堡会议把计不计自由液面与带不带螺旋桨的物理模型作为研究对象，并且将第22届的ITTC阻力委员会制定的规程进行了数值不确定[29]性分析。以此会议为标志，此类计算已经达到了成熟的应用水平。在国内，一些高校和船舶相关的研究院对三维船舶粘性绕流的数值模拟也进行很多研究：以上海交通大学、708所、702所等机构为代表，在这方面做得比较成熟，他们[30]大量购买国外的CFD商业软件，并且自主开发。万德成教授指导学生完成了船舶与海洋工程中湍流模型的分析评估，着重介绍了[9]FLUENT中提供的各种湍流模型，并通过算了进行了验证。陈作钢研究员指导学生[31]完成了基于CFD的船体阻力性能优化，虽然最后结果表明，优化并不明显，但是该方法对船型的优化工作积累了经验[32]哈尔滨工程大学邹劲研究员指导了学生做了基于滑行艇计算研究，虽然模拟情况与现实状态存在些许的差异，但是也为滑行艇水动力性能研究提供了参照。浙江海洋学院谢永和教授指导学生完成了42m拖网渔船水动力数值模拟与试验[33]研究，控制球艏的长宽高参数，对球鼻艏进行了优选。可见，国内外很多机构对船舶的粘性绕流进行了研究，但是，由于本身的复杂性，对于整个系统的工作，光靠一家机构是远远不能完成的，需要各个机构团结起来，相互交流，优势互补。相比较国外，国内起步相对较晚，没有足够的科研实力，然而，在各个高校和研究单位的努力下，数值模拟带自由液面的船舶粘性流场，也取得了较大的突破。1.3本论文的主要内容现阶段，国内对金枪鱼钓船的水动力数值模拟和试验并未深入探讨，金枪鱼钓船在船型上具有不同于其他船型的特点，研究其水动力性能对于改善金枪鱼船的快速性十分必要。本文采用SIMPLE算法求解RANS方程数值模拟船模粘性绕流场问题并且计算船模阻力大小。首先，对绕wigley数学船型粘性流场进行数值模拟，对比数值模拟和船型试验结果，验证本文CFD源程序的准确性；其次，对金枪鱼船绕流场进行数值模拟，计算船模在Fr0.15~0.54下的阻力值并分析船模在绕流场的水动力性能；再4 第一章绪论次，通过本校的拖曳水池，对金枪鱼船船模进行阻力试验，结果与数值模拟比较，相互验证结果的准确性，并预报了金枪鱼船在各个速度下的阻力值。1.3.1论文的创新点和关键技术创新点：(1)通过数值模拟和船模试验，分析金枪鱼船扁平球艏和外龙骨的水动力性能。(2)通过数值模拟和船模试验结果，分析外龙骨阻力成分，采用傅汝德假定，对其阻力进行估算，并预报了相应实船阻力。关键技术：在数值模拟中，为了准确模拟船体外流场，采用结构化网格划分，并且对所有用于数值模拟的网格进行了依赖性验证。1.3.2论文所要做的工作根据本人对理论知识的掌握，并结合现有的条件，主要工作归纳为下面几个方面：（1）查阅相关文献。了解金枪鱼船发展过程和国内外研究现状；（2）学习粘性绕流相关的基本理论知识、网格划分软件ICEM和求解器FLUENT。建立Wigley船模，并进行绕流场数值模拟。熟悉网格依赖性验证的过程和掌握粘性绕流数值模拟方法；（3）对金枪鱼钓船进行粘性绕流数值模拟。根据其他文献和Wigley船绕流数值模拟经验，先对其网格依赖性进行验证，再分析其船型在不同航速下的水动力性能；（4）通过对金枪鱼钓船船模进行拖曳试验，深入研究其特殊船型的水动力性能；（5）对船模有无外龙骨试验，分析附体阻力成分，估算附体阻力大小，预报实船在各个航速下的阻力值。5 金枪鱼船水动力数值模拟与试验研究第二章CFD数值模拟的基本理论计算流体力学（ComputationalFluidDynamics，简称CFD）先将空间域以及时间域上的物理量场通过有限个点进行离散，然后联立各个点之间的代数方程组，[16~18]最后，通过求解方程组得出整个场的值。随着计算机性能不断提高，先后出现了一批突出的商业流体力学软件，如：ANSYS-CFX，FLUENT，SHIPFLOW和DAWSON等等。它广泛应用于海洋工程、水利工程等领域。流体流动时要遵守质量、能量和动量三大守恒定律，同时，湍流流动需要遵守湍流输运方程，目前在数学上求解湍流输运方程很难实现，因此主要依靠数值计算方法，常用的湍流模拟方法主要有三种，即大涡模拟LES、直接数值模拟[36]DNS和雷诺时均RANS方程，其中LES方法和DNS方法对计算机的要求很高，难以实行，因此多数数值模拟将采用RANS方程方法来计算。下文中就简要地概述本论文涉及的CFD基本原理和相应的数值方法。2.1控制方程流体流动需要满足物理守恒定律，即需要满足质量守恒、能量守恒和动量守[37]恒三大守恒定律。另外，湍流现象较为复杂，很难直接求解N-S方程。对于此类问题，采用雷诺平均方程，及RANS方程。2.1.1能量守恒方程（能量方程）所有热交换的流动系统必须满足能量守恒定律（energyequation）。能量方程可写成：()()()()TuTvTwTtxyz（2-1）kTkTkTSxcxycyzczTppp其中式2-1中：Cp为比热容，k是流体传热系数，T是温度，ST是内热能，有时也为粘性耗散项。该方程适用于牛顿液体中的能量交换，但对于本文来讲，热交换影响较小，不考虑能量守恒方程。6 第二章CFD数值模拟的基本理论2.1.2质量守恒方程（连续性方程）质量守恒定律，即单元体积内流入控制体的质量等于流出控制体的质量。根据这一定律，可得到质量守恒方程（massconservationequation），也称为连续性方程：(u)(v)(w)0（2-2）txyz当引入矢量：div(a)axayaz（2-3）xyz若用表示散度div，则式（2-2）可写成：u0（2-4）t在式（2-2）至（2-4）中，为密度，t为时间，u、v和分别为速度矢量u在x、y和z方向上的分量。上述给出的质量守恒方程是针对于瞬态三维可压流体而提出的，若流体不可压缩，则为常数，式（2-2）变为：(u)(v)(w)0（2-5）xyz若流动处于稳态，则式（2-2）可写为：(u)(v)(w)0（2-6）xyz2.1.3动量守恒方程（粘性流体运动方程）动量守恒定律是任何流体系统必须遵守的基本定律，实际上也属于牛顿第二定律，即所有外界作用在该单元体中的力之和等于该单元体中的流体动量对时间的变化率。(u)pxxyxzx（2-7）div(uu)Ftxxyzx(v)pxyyyzydiv(vu)F（2-8）tyxyzy7 金枪鱼船水动力数值模拟与试验研究(w)pxzyzzz（2-9）div(wu)Ftzxyzz上式中，p表示流体微团上的压力；Fx、Fy和Fz是微元体上的体积力；τxx、τxy和τxz分别表示作用在流体单元表面上的粘性应力的分量。该方程对任何类型的流体都成立。2.1.4雷诺平均N-S方程——RANS方程湍流运动较为复杂，很难直接求解出N-S方程解。对于这个问题，人们通常用对N—S方程进行雷诺平均和滤波处理这两种方法来进行湍流模拟。目前研究方法是：利用Reynolds时间平均法对瞬时控制方程推导得到雷诺时均RANS方程，然后对RANS方程进行求解。总而言之，Reynolds时间平均法就是将湍[38]流流动分为瞬时脉动流动和平均流动。我们可以将流场中的压力和速度瞬时值用如下形式表示：uiuiui（2-10）ppp'上式（2-10）中：表示速度分量的时均值，表示速度分量的脉动值，表uiujp示压力的时均值，p表示压力的脉动值。再结合雷诺时均法则可得到：kf1kf1（2-11）ffff1212f1f2f1f2limflimf11ff11xx上（2-11）式中：k为常数，f1,f2表示任意函数，x是某变量。再联合上列各式便可得到得到瞬时流动的基本方程如下所示：ui0xi（2-12）uiuipiuiufuutjxixxxijjijj上式（2-11）便是由著名的Reynolds于1895年首先推导出来的Reynolds时8 第二章CFD数值模拟的基本理论均Navier-Stokes方程。通过观察我们不难发现，上述方程比原始N-S方程多了一组时均值位置量uu，被称之为Reynoldsstress或湍流应力，记作ij。此时，ij方程中未知量数目大于方程的个数，方程组不能求出一个准确解。为此，我们需要在引入新的变量，建立额外的补充公式，使RANS方程封闭可解。2.2湍流模型概述所谓湍流模型理论，便是通过各种实验得出的数据分析、数值模拟计算来达到封闭的湍流雷诺方程的目的。从著名的Boussinesp的假设中得知，湍流计算需要解决的关键难题就在于对雷诺应力与应变的比例系数的计算，这个比例系数便是湍流黏性系数。而湍流黏性系数是把湍流涡团随机运动与分子的无规则运动相比拟的结果，若记t表示湍流粘度，时均速度用表示，湍动能为ik，则雷诺应力与平均速度的梯度可表示为：uiuj2ukuiujtktij（2-13）uu3xjik湍动能k为：uiuj1222（2-14）kuvw22正因为对湍流现象的模拟还未找到一种全面准确的方法，所以我们要进一步探索湍流模式理论。而常用的湍流模型有以下几种，即零方程、一方程湍流模型、RNGk−ε模型、标准k−ε模型和SSTk−ω模型。2.2.1零方程湍流模型普郎特于1925年就提出了“混合长度（mixinglengthmodel）”的概念，他将lm看作与分子自由程相似的涡团自由程，lm表示湍流涡团在随机运动中能保持自由前进而不与其他涡团相撞的距离，这并不符合实际工程应用。在他的推论中显示，湍流粘度正比于时均速度u的梯度与混合长度lm的乘积，即：ti2utlm（2-15）y混合长度可由经验公式确定，则湍流切应力公式为：lm9 金枪鱼船水动力数值模拟与试验研究2uuuvlm（2-16）yy2.2.2一方程湍流模型早在40年代，Kolmogorov就建立了求解微分方程来确定长度和速度的思想，但由于当时没有计算机，无法求出数值解和解析解。一方程模型作为零方程模型与二方程模型的一个过渡，是一个能用微分方程求解湍流能k的单方程模型。湍流动能k可表示为：kkukuujuk3iiiC（2-17）txxxtxxxDijkjjij根据Kolmogorov-Prandt[39]表达式，可得出：tCkl（2-18）对于上两式，有关文献中提到：k,CD,C为经验常数，k1，C0.09，[39]CD的取值范围为0.08~0.38。表示湍流脉动的长度比尺，l根据经验公式确定。虽然，一方程模型是建立在湍动能的运输方程来封闭方程组，但是长度比尺很l难确定，因此本方程也难实现物理应用。2.2.3RNGk-ε模型RNGk模型是由Yakhot和Orzag[40]两位学者提出的，该模型强于标准k模型的计算功能。RNGk模型中考虑了旋转效应，所以对强旋转流动有着较高的计算精度；它又可称作“重整化群”k模型，对近壁区进行适当处理后可以计算地雷诺效应，k表示湍动能，表示湍流耗散率。RNGk模型中的k方程和方程可表示为：(k)(kui)k[keff]Gk（2-19）txixjxj()(u)C2i[]1GC（2-20）effk2txixjxjkk上式中：efft10 第二章CFD数值模拟的基本理论k2tCCC0.0845,k1.39(1)*0C1C131C11.41,C21.681k2EijEij21uiujEij2ujui4.377,0.01202.2.4标准k−ε模型标准k−ε模型计算精度较高并且较为稳定，是湍流模型中应用范围最广、[41]也最为人熟知的一个模型。由Launder和Spalding提出。其求解过程是：先求出湍流动能k和耗散率，再通过Boussinesq假设得到雷诺应力的解。k与的运输方程如下式：kkuikkGkYk（2-21）txixjxjuiGY（2-22）txixjxj其中：ttk,k*kt*ReR**otk1ReRtk*k1,Ret,Rk611 金枪鱼船水动力数值模拟与试验研究*t0,t0.0723**1当标准k模型应用于高雷诺数时，则，此时Y和Yk为湍流耗散项，G和Gk为湍流产生项，将其表示为：j2GkijtS（2-23）xiGGk（2-24）k*Ykfk（2-25）2Yfk（2-26）式中:1xk01kf*170x,xk3xk0xjxj180x170xijjkikif,x180x*30.52,00.11*0.092.2.5SSTk-ω模型SST（shearstresstransport)k模型实际是剪切应力运输k模型的简称，[42]该模型是由Menter于1994年提出的。该模型在标准k模型的基础上增加了横向耗散导数项，同时考虑了湍流剪切应力的运输过程，这使得SSTk模型具有更广泛的应用。k与ω的运输方程如下：kkk~*uj(tt)Pkk（2-27）txjxjxj∂∂∂∂221∂k∂uSjt-2(1-F1)2（2-28）∂∂∂txxjjj∂x∂xj∂xj12 第二章CFD数值模拟的基本理论上式（2-27）与（2-28）中的vt表示湍流粘性系数：1ktmax(1,F2)1kF(1F)11k,1k,21F(1F)11,1,2混合函数F1和F2如下式：4Ftanh()11F2tanh22k50042kmin[max(,),]1*yy2CDy2k2k500max[,]2*yy21k10CDkmax[22,10]xjxj~uiuiuj*Pmin[t(),10k]xjxjxi上述方程中：φ1与φ2分别表示k与k湍流模型方程中的常数；而k方程与方程的各常数φ可经过1F121F1算出。已知参数如下：10.556，20.44k10.85，k2110.5，20.856*10.075，，20.08280.092.3边界条件边界条件是指在求解域的边界上所求解的变量或其一阶导数随地点及时间13 金枪鱼船水动力数值模拟与试验研究变化的规律。用fluent进行流场计算显然无法实现无限大的计算域，因此必须靠人工在船体附近画出一个有限的计算域，即选取虚拟边界。2.3.1入口边界条件入口边界条件有：质量入口和压强入口。由于速度入口的驻点参数会任意浮动，为避免导致非物理解，所以它适用于不可压流。本文中流场选取均匀来流，船速是已知的，故采用速度入口边界。湍动能k和湍流耗散率的值需要借助有关文献的经验公式：323234kk(urefTi)；C；l0.07L（2-29）2l式中：L为特征长度和Ti为湍动强度。2.3.2出口边界条件出口边界条件是一种取在船后足够远的地方与入口边界联合使用的虚拟边界，它分为：出流边界条件和压强出口边界条件。出流边界上不需要定义任何参数，并服从流动的充分发展假设。而对于压强出口，需要定义边界的回流（backflow）条件，这样能够加速收敛。在本文中，为了加快收敛，采用压力出口，通过编译udf定义了出口水线面下的压强。2.3.3壁面边界条件壁面边界条件是Fluent流场计算中不可缺少的，用于限制流体和固体区域；在湍流计算中，近壁区的流态由湍流演变成层流，所以需要引入特定的壁面条件。当液体与固体表面接触时，如果相对于固体表面的液体不发生滑动，即给定的，k，u和v都为零，此时我们将之称为不可滑移边界条件。在本文中，船体表面取不可滑移壁面。2.4建立离散方程离散化就是用离散的点来记录连续的空间。用光滑曲线通过内插将离散的点连接起来，即便对于不存在的离散数据，只要能联想成连续的函数就可以对控制方程求解。那么，只需知道现在的空间与时间，就可通过离散数据来预测未来的14 第二章CFD数值模拟的基本理论空间和时间。通过上文可知，建立离散方程最关键的就是如何用其它节点的物理量插值法求出区域里网格节点上的物理量及其导数。在分析瞬态问题时，会涉及到时间域的离散。下面我们就来谈一谈如何给出对微分方程中的时间项的差分格式的离散方程形式。本文对时间项的差分采用的是欧拉向后差分形式，通用形式如下：式中wtn，wtm和wtmm表示权重系数，它们是常数系数，不同的值对应不同的差分精度，如下表2-1所示：表2-1权重系数与差分的精度关系Tab2.1Theaccuracyrelationsbetweendifferentialwiththeweightcoefficient差分格式wtnwtmwtmm一阶1-10二阶1.5-20.5本文选用的时间差分格式是二阶精度，权重系数取：wtn1.5,wtm2,wtmm0.5则有：2.5自由液面的模拟自由液面的流体流动问题在造船业、海洋平台的设计、水利水电、海洋工程、国防建设等领域都具有巨大的研究价值。自由液面是流动的液体和空气的交界面，其中空气介质对液体的作用为一个大气压，它与船体表面之间的相互作用不容忽视，因此，对自由液面影响的研究有很大的理论意义和现实价值。目前，随着人们对新型船体的迫切需求，越发引起了一大批研究人员对船体的水动力性能的研究。我们都知道船舶航行时会产生兴波阻力，而自由液面的形状和位置会受到兴波影响，所以能否比较准确地实现阻力的预报关键在于能否合理的模拟自由液面。自由液面的模拟方法比较多，传统的波形模拟方法（试验方法、理论计算法等）都存在一定的精度问题。新型的CFD方法已克服了这一难题，它将船体粘性绕流场与自由表面流场集成一整体来分析计算，这样可以使得CFD数值模拟15 金枪鱼船水动力数值模拟与试验研究与水池船模试验的结果保持一致，并且还可以很方便地验证CFD方法的可行性。目前，在基于RANSE进行船舶粘性流动求解时，主要用界面追踪法或界面捕捉法这两者模拟自由液面。界面追踪法，其本质上是拉格朗日法，以移动网格进行自由液面跟踪，计算中网格自动迎合自由面，边界条件的满足通过对水建立控制域实现。但其网格质量需要在计算中设定网格节点运动方式来保证，导致计算量增大。界面捕捉法，它在描述运动界面中采纳Euler观点，计算网格涵盖流体域全域，故该法在追踪自由液面时只要设好等值函数及标记粒子，即使是较为复杂的自由界面亦可处理，譬如波浪的翻卷或者甲班上浪、船道破浪等。MAC、LEVEL-SET、VOF等就是其中比较典型的一些方法。早在1981年，Hirt和Nichols就已率先提出VOF法，该方法对自由界面的确认和流体变化的追踪是通过研究网格单元中流体和网格体积比来实现的。在VOF法中将水和空气看成一种介质，用流体体积函数来描述整个流场，即：0：单元中不存在第N相流体；N1：单元体中充满了第N项流体；N01：该单元体称作交界面单元。N对于第K相，其方程可表述为：S1kKkKMmmNNM（2-30）tkKK1上式中：mMN表示从M到N两相间的质量输送。在默认情况下，右端的源项为0，体积分数方程不是求解主相的，主相的计算要受到下述方程的约束：nK1（2-31）K12.6本章小结本章主要简单介绍了船舶流体力学的基本原理。首先，叙述了计算流体力学的基本方程并推导了六种常用于粘性流场数值计算的湍流模型；接着对粘性绕流数值模拟的边界条件形式进行介绍。随后介绍了Fluent的数值方法，包括有限差分法、有限体积法以及离散方程的建立法；然后介绍了自由液面模拟方法及VOF（VolumeofFluid）法。16 第三章Wigley船型数值模拟及验证第三章Wigley船型数值模拟及验证本章将用FLUENT软件在三维空间内对wigley船模绕流场进行数值模拟，熟悉并验证本文CFD源程序的准确性。3.1计算对象本章研究对象是一数学船型——wigley船型。此船型较为瘦长，不仅符合线性理论小扰动假定，而且，是国际通用船型，很多研究者对其进行试验和计算，拥有相关数据，便于比较。该船型的型值大小可由数学公式得出。其数学表达式为：B2x2zLLy[1()][1()],x,Tz02LT22其中L/B=10，T/L=0.0625，L为设计水线长，B是船宽，其模型参数如下：表3-1Wigley主尺度Tab.3.1PrincipalDimensionsofWigley3船长L(m)船宽B（m）吃水T（m）方形系数总体积（m）30.30.18750.4440.07488图3-1船体几何模型Fig.3.1GeometryModel在计算流域中，为了够将船体周围的复杂流场准确的模拟出来，但又想减少计算量，故将靠近船舶周围适当的进行加密，远流场的网格可以相对稀疏点，使计算域中17 金枪鱼船水动力数值模拟与试验研究的网格数量尽量减少。本模型中的计算流体域的长度为船长的5倍，船体前方一个船长，船体后方三个船长；宽度为一个船长，深度也为一个船长。图3-2船模与计算域位置关系Fig.3.2ThePositionRelationofModelandComputationDomain船体网格利用ICEM进行划分，采用结构化网格。图3-3结构化网格Fig.3.3StructuredMeshes18 第三章Wigley船型数值模拟及验证图3-4艏（艉）网格图3-5船中近壁面网格Fig.3.4MeshesofBow（Stern）Fig.3.5MeshesofMidshipModel图3-6计算区域内的网格分布Fig.3.6GridDistributionintheComputationDomain3.2数值模拟设置选用瞬态模型，采用隐式求解方式进行分离式求解，入口定义为速度入口，出口为压力出口，考虑重力项，选用SIMPLE算法进行求解。网格质量优良，收敛较好，迭代至1000步之后，Cf基本处于水平状况。大概完成至10000多步时候，各参数残差都能小于设定值。3.3网格依赖性验证3.3.1网格数量验证为了能准确模拟粘性流场，观察流场内的细节和特征，网格需要疏密恰当、分布合理、过渡自然。因此，对于网格数量上的验证就显得十分必要。19 金枪鱼船水动力数值模拟与试验研究在ICEM网格划分中，保持近流场的网格疏密，修改远流场的网格大小。选取了以下三套数量的网格。表3-2各网格数量Tab.3.2thenumberofmeshes网格类型网格A（150150）网格B（200200）网格C（250250）体积数1384080869232558090在这次验证网格依赖性的数值模拟计算过程中，我们采用了SSTk-w湍流模型来进行流场的模拟，选取无因次时间步长为t=0.001T。经过数值模拟计算后，三种网格数下的水线面波高图如图3.7-3.9所示；水线面水动压图如3.10-3.12所示；三种网格计算的阻力系数如表3-3所示。表3-3三种网格计算的阻力系数Tab.3.3ResistanceCoefficientsofCalculatedandMeasuredResults-3-3-3）-3Cv（cal10）Cv（exp10）百分比Ct（cal10）Ct（exp10）百分比网格A3.16-8.41%5.14-3.34%网格B3.123.45-9.64%4.775.32-10.37%网格C3.08-10.61%4.18-21.37%图3-7水线面波高图（A）图3-8水线面波高图（B）Fig.3.7theZ-CoordinateofWaterline(A)Fig.3.8theZ-CoordinateofWaterline(B)20 第三章Wigley船型数值模拟及验证图3-9水线面波高图（C）Fig.3.9theZ-CoordinateofWaterlineC图3-10水动力压强（A）图3-11水动力压强（B）Fig.3.10theDynamicPressureofwaterline(A)Fig.3.11theDynamicPressureofwaterline(B)图3-12水动力压强（C）Fig.3.12theDynamicPressureofWaterline(C)从三种网格的波高图和水动压云图来看，在同一流速下，流场基本保持一致；21 金枪鱼船水动力数值模拟与试验研究另外，当网格尺寸较小的时候，对于流场的模拟更为细致。通过对三种网格计算出来的阻力系数进行比较，当网格大小在150150时，其阻力系数与试验值最接近。3.3.2yplus验证在临近壁面位置，法向速度存在非常大的梯度，在非常小的壁面法向距离内，速度从相对较大的值下降到与壁面速度相同。本文采用的是低雷诺数SSTk-w湍流模型，近壁区域求解主要通过求解黏性子层进行。所以，合理的y+大小对最后的阻力结果影响很大，对于y+厚度验证十分必要。由上节验证得出，网格大小在150150计算精度较好，故采用此类网格进行y+值验算。分别选取了0.05mm，0.016mm（理论计算值）和0.005mm作为船体表面的第一层网格厚度，进行了3组计算。本计算，在v=1.627m/s下进行模拟。结果如下表4.2所示：表3-4wigley船阻力系数Tab.3.4TheResultofNumericalofModelsCfCf（exp）Erro%CtCt（exp）Erro%wigley0.0500.003230.0345-6.50%0.004990.00532-6.03%wigley0.0160.003160.0345-8.40%0.005140.00532-3.34%wigley0.0050.003410.0345-1.11%0.005480.005322.94%就上表的数值模拟结果可以看出，y+值在近壁厚度为0.005mm和0.016mm之间于试验值较为接近。3.4验证结果本章节主要从网格大小和yplus选取两方面对Wigley船型的数值计算进行了依赖性验证。比较各套网格在自由液面的水动力性能可以看出，网格A模拟的流场清晰，层次分明，数值大小与试验值相比，较为接近。另外此次数值模拟采用的是低雷诺数SSTk-w湍流模型，近壁区域求解主要通过求解黏性子层进行。所以，合理的y+大小对最后的阻力结果影响很大，通过选取不同y+值进行了验证。近壁第一层网格厚度0.005mm时候，与试验情形最相符。当然，22 第三章Wigley船型数值模拟及验证也不是越小越好，总阻力精度有随着Y+减少而减少的趋势。此次采用近壁网格厚度为0.016mm进行的数值，计算结果较为满意，故接下来的阻力预报将采用此厚度进行划分。3.5阻力预报综合考虑，选取网格B数值模拟了不同航速下wigley水动力性能。阻力值及阻力系数如下表3-4所示；典型速度下流场分布图（如图3-14~3-20）。表3-5不同Fn下的阻力值与阻力系数Tab.3.5theresistrancevFnRf（N）Rt（N）CfCt1.0840.21.54861.64060.0017046150.0018058831.6270.33.18765.11640.0035087370.0056318552.1670.45.26299.74350.0057931140.0107251152.440.456.474312.37890.0071265570.013626021412108Cf6Ct420FR=0.2FR=0.3FR=0.4FR=0.45图3-13阻力曲线Fig.3.13ThecurveofResistance23 金枪鱼船水动力数值模拟与试验研究图3-14水线面波高（Fn=0.2）图3-15水线面波高（Fn=0.3）Fig.3.14theZ-coordationofwaterlineFig.3.15Z-Coordofwaterline图3-16水线面波高（Fn=0.4）图3-17水线面波高（Fn=0.45）Fig.3.16theZ-coordationofwaterlineFig.3.17Z-Coordofwaterline图3-18船首部波高（Fn=0.2）图3-19船首部波高（Fn=0.3）Fig.3.18waveofbowFig.3.19waveofbow24 第三章Wigley船型数值模拟及验证图3-20船首部波高（Fn=0.4）图3-21船首部波高（Fn=0.45）Fig.3.20waveofbowFig.3.21waveofbow3.6本章小结本章节选用标准的Wigley船型进行绕流数值模拟研究，采用不同数量的网格和不同厚度近壁面网格验证其网格依赖性。综合各方面考虑，最终选取网格数量适中，近壁面网格厚度为0.016mm的网格进行阻力预报。此次数值模拟计算结果与大多数研究者模拟的结果较为接近。通过此次简单船型阻力预报，一方面，熟悉和掌握船舶绕流的数值模拟方法，验证了本文程序算法的准确性；另一方面，为接下来的超低温金枪鱼钓船绕流数值模拟在网格参数设置、边界条件等设置上提供一定的参照。25 金枪鱼船水动力数值模拟与试验研究第四章超低温金枪鱼钓船数值模拟此金枪鱼船船型不同于其他船舶，其首部球鼻较为扁平，研究其水动力性能对于改善金枪鱼船的快速性十分必要。上章计算验证了本文采用的CFD源程序数值模拟Wigley船型阻力和粘性流场的可行性与可靠性。本章将使用该程序代码对超低温金枪鱼钓船进行流场模拟和阻力计算，进一步探索其在船舶领域中的应用方法。4.1船模介绍本章节数值模拟的船模是4.03m的超低温金枪鱼钓船船模，缩尺比是1:14。实船的型线如图4-1所示，船模设计载况的主尺度如表4-1所示：YF8301-100-04型值表站号半宽值主甲边线升甲边线舷墙顶线纵剖线高度100020003000400050006000半宽高度半宽高度半宽高度1000200030003800舷墙顶线03067392842283844484643147053435081223429356939564773主要尺度117219586537374238434441264681435069444350801430463279353040692701128128344122434143494281452643506836435079061623258630733561艉楼甲板边线舷墙顶线3140326003853431843504350435043804350672743507795567156422862942423843684426643504350435043504236435066194350768221575414202128艏楼甲板边线总长LOA56.40m53350420143504350435043504350409543506512435075757332877413796000水线6000水线639254343435043504350435043503972435064174350747228137402878水线长LWL49.12m74186435043504350435043504350387543506344435073712871219568主甲板边线5000水线5000水线8430543504350435043504350435038054350629143507272286412739320垂线间长LPP48.60m94345435043504350435043504350376243506260435072052864101255主甲板边线1043494350435043504350435043503750435062504350720028641011884000水线194000水线114331435043504350435043504350375043506252435062562864101262型宽8.70m0B124213434943504350435043504350398943506266435063832864162464183000水线13000水线1339274288434943504350435043504096435062924350643028883108332型深D3.75m14345940464286434643504350435041204350632543506497341725941474171528613597401242354333435042444152435063594350658072379114524162000水线3162000水线1622152965349438634136430638964201429663634350666615878920563804415设计吃水d3.40m171630194922212734320136363337426441886407429967533331589355253911000水线5141000水线61318111514751802226428743538245943353908649341986840764348851966356712肋距s0.55m98197078418791154193428181426439833826531389869273631507561936871基线1011基线15020414420434817486139844432564663831197014514461136939460梁拱f0.175m380030002000100050050010002000300038004000舷墙顶线舷墙顶线3673上甲板边线6000WL上甲板边线6000WL2482线3518平边5000WL5000WL13362890平边主甲板中心线1520340主甲板中心线0纵剖线4000WL8300线主甲板主甲板边线3804000WL边线2607400线380剖71503000WL0纵纵67503000WL剖线03030线10020纵剖剖52000线2000WL纵0纵2000WL剖0445110线2146503350尾轴中心线50纵1000WL0纵剖线17511000WL2321剖剖线线10纵线BL1250纵剖BL50180420123456789101112131415161718192005101520253035404550556065707580859095艉楼甲板边线顶线舷墙顶线墙3800纵剖线舷艏楼甲板3800纵剖线60边线0WL3000纵剖线WL线503000纵剖线WL0边0WL主甲WL050板40板0甲L30边线2000纵剖线6主WL0W200WL2000纵剖线0200WL403010WL0WL0WL1000纵剖线101000纵剖线线500纵剖线平底平底线500纵剖线超低温金枪鱼钓船YF8301-100-04修改单号签字日期图样标记质量kg比例设绘刘在良描图线型图校对描校1:100审核共页第页11标检舟山扬帆船舶设计研究所审定日期图4-1超低温金枪鱼钓船型线图Fig.4.1theLineGraphoftheTunaBoat26 第四章超低温金枪鱼钓船数值模拟表4-1超低温金枪鱼钓船主尺度参数Tab.4.1PrincipalDimensionsofShip主尺度参数实船模型船总长（m）56.404.03垂线间长（m）48.603.47水线长（m）49.123.51型宽（m）8.700.62吃水（m）3.400.24型深（m）3.750.274.2计算域本文采用ANSYS-ICEM前处理进行建模，船体模型如图4-2所示：图4-2船模几何模型Fig4-2GeometryModel数值计算的主要目的是观察船体粘性绕流场和计算船舶阻力。由于船体关于中线面对称，因此，利用粘性流场的对称性，计算域可采用叠模法处理，即只模拟半边船体的绕流场。一方面，运用叠模法处理流场获取的计算结果和模拟完整船体绕流场的计算结果相比没有太大的差别，更重要的是可使计算模拟的网格数量减半，有效地提高了数值模拟的计算效率并且减轻数值模拟对计算机硬件的过高要求。27 金枪鱼船水动力数值模拟与试验研究金枪鱼船模型与计算域具体位置如图4-3所示：图4-3船模与计算域位置关系Fig.4-3ThePositionRelationofComputationalDomainandModel4.3网格划分本文采用了ANYSY-ICEM进行网格划分，在CFD计算中，网格质量及数量直接影响计算精度与计算速度。Icem具有强大的网格划分功能可满足CFD计算对网格的严格要求。所以本文采用ICEM进行计算网格划分：（1）考虑到首部型线曲率较大，故首部采用O-block进行网格划分。（2）另外，为了更好的捕捉自由液面的变化，对水线面处的网格进行加密。（3）由于尾部几何曲率变化较大，对尾部网格进行细化。图4-4至图4-6为划分好的船体表面网格。图4-4船体表面网格Fig.4.4MeshesofShip28 第四章超低温金枪鱼钓船数值模拟图4-5船艏网格Fig.4.5MeshesofBow图4-6船艉网格Fig.4.6MeshesofsternICEM软件检测的网格质量如下图所示。图4-7网格质量Fig.4.7QualityofMeshes29 金枪鱼船水动力数值模拟与试验研究4.4网格依赖性验证本章选用了三套网格进行网格依赖性验证，网格数量分别为200万，150万，120万，近壁面网格厚度均为0.006mm并保持近流场网格密度不变。计算结果如下表4-2所示：表4-2结果对比Tab.4.2ComparisonoftheResult网格数量Ct计算值Ct试验值Err%200万5.154.9663.7%150万5.164.9663.9%120万6.304.96626.9%观察表内数据，可以发现，200万网格的结果与试验数值最为接近。其次，考虑到数值模拟的计算效率，150万的网格数量计算时间相对较短，结果精度也符合计算要求，最终选用了150万网格对渔船的绕流程进行数值模拟。另外，我们从这三套计算结果看出，数值计算值基本符合要求。故对金枪鱼钓船省略了对yplus的验证。30 第四章超低温金枪鱼钓船数值模拟4.5计算结果及分析4.5.1船模阻力大小利用上节验证后的网格模型，在FR0.08-0.54船速进行数值模拟计算，计算结果如下所示：表4-3CFD船模各阻力大小Tab.4-3TheresistanceofshipmodelFrVsVmRvoRtoRvo/Rto0.1570.9624.6515.16190%0.2181.1005.9766.38894%0.2691.2377.4058.24990%0.32101.3759.00112.94070%0.3610.51.4449.79515.69362%0.39111.51211.12918.98159%0.4311.51.58111.68820.60557%0.46121.65012.74525.87249%0.5012.51.71813.56234.40639%0.54131.78714.61842.92434%图4-8阻力曲线图Fig.4.8thecurveofresistance31 金枪鱼船水动力数值模拟与试验研究其中：Rvo为数值计算的船模摩擦阻力，Rto为数值计算的船模总阻力，Rtm为船模拖曳的总阻力。从表中，我们可以看出，在Fr=0.15时候，数值模拟结果最小，最小阻力值为5.161N；Fr=0.54时，其计算得到最大值的阻力值为42.924N。另外，我们可以明显看出，当船速增长时，摩擦阻力也相应增长，然而，摩擦阻力占总阻力的比重越来越小；另一方面，随着船速的增加，剩余阻力占船模总阻力比重也越来越大。4.5.2自由液面的波高图图4-8v=1.1m/s波高图图4-9v=1.375m/s波高图Fig.4.8theZ-Coordinateatv=1.1m/sFig.4.9theZ-Coordinateatv=1.375m/s图4-10v=1.512m/s波高图图4-11v=1.650m/s波高图Fig.4.10theZ-Coordinateatv=1.512m/sFig.4.11theZ-Coordinateatv=1.650m/s32 第四章超低温金枪鱼钓船数值模拟图4-12v=1.787m/s波高图Fig.4.12theZ-Coordinateatv=1.787m/s通过观察各个速度下的自由液面的波高图，我们可以很明显的发现，船舶在静水面行驶会产生凯尔文波系，并且明显能看到船舶首肩波波峰后移的现象。船舶在水面上运动产生波浪，船体必须提供兴波的波能，即要克服兴波阻力做功。随着船速的增长，自由液面的波浪越来越剧烈，兴波阻力也越来越大，这也很好的解释了上节，剩余阻力随着船速的增加比重越来越大的情况；通过对比船首尾的波高，发现本船在各个航速下尾部的波浪较首部低，可以得出，本船的首部型线设计在一定程度上能够对船尾产生有利干扰。4.5.3船体流线图图4-13船体流线图v=1.1m/sFig.4.13Theflowlineofshipbodyatv=1.1m/s33 金枪鱼船水动力数值模拟与试验研究图4-14船体流线图v=1.375m/sFig.4.14Theflowlineofshipbodyatv=1.375m/s图4-15船体流线图v=1.512m/sFig.4.15Theflowlineofshipbodyatv=1.512m/s图4-16船体流线图v=1.650m/sFig.4.16Theflowlineofshipbodyatv=1.650m/s34 第四章超低温金枪鱼钓船数值模拟图4-17船体流线图v=1.875m/sFig.4.17Theflowlineofshipbodyatv=1.875m/s4.5.4船体尾部的流线图图4-18船体流线图v=1.1m/sFig.4.18Theflowlineofshipstrenatv=1.1m/s35 金枪鱼船水动力数值模拟与试验研究图4-19船体流线图v=1.375m/sFig.4.19Theflowlineofshipstrenatv=1.375m/s图4-20船体流线图v=1.512m/sFig.4.20Theflowlineofshipstrenatv=1.512m/s图4-21船体流线图v=1.650m/sFig.4.21Theflowlineofshipstrenatv=1.650m/s36 第四章超低温金枪鱼钓船数值模拟图4-22船体流线图v=1.875m/sFig.4.22Theflowlineofshipstrenatv=1.875m/s本船尾部选用的是巡洋舰尾，就船模快速性能上来说，能够改善尾部兴波，减少阻力。通过数值模拟，观察各个速度下的流线图，发现此船型流线光顺，快速性能良好，并且在高速行驶下，也能够在尾部产生部分的虚长度，增加了有效船长，在一定程度上，有效的减少了船舶阻力。4.6本章小结本章通过Simple算法求解RANS方程对金枪鱼船船模绕流场进行了数值模拟。对比5组速度下的计算结果，此金枪鱼船船型在一定速度下，其船首对船尾伴流场能够产生有利干扰，在一定程度上减少了船舶在行驶中的阻力。数值模拟结果与理论的水动力性能基本相符。37 金枪鱼船水动力数值模拟与试验研究第五章金枪鱼钓船模型试验研究船舶阻力有三种研究方法：数学计算法、船模试验以及数值模拟。船模试验法比较简单，易实现，也可作为数值计算一个参照；但前两种方法都有较大难度，使工作量变大。当前，对于一些工程问题，国内外都已经进行了拖曳的船模实验来研究。若船模和实船两者能实现全相似，也就是说，船模、实船二者同时满足雷诺数和傅汝德数相等，那么实船的总阻力系数就可以通过船模试验结果直接得到，那么实船总阻力就可以精确得到。然而，同时满足Re和Fn数相等，实际上是难以实现的。真正得到满足的只有傅汝德数相似，傅汝德数法，也被叫做二因次换算法。20世纪60年代以前，此法作为标准方法被各国试验池采用。附体的流场及其与船体之间的相互干扰是相当复杂的，尽管目前国内外试验水池做了很多附体阻力换算方面的工作，但直到目前还没有统一的换算法。早在上个世纪中叶，人们就开始通过相似模型来分析附体尺度效应的影响，但是因为问题的复杂，附体阻力的估算法不尽相同，因而导致结果的差异较大。本章介绍本校拖曳水池对超低温金枪鱼钓船有无龙骨的两套船模试验，得到了各个模型在不同航速下的阻力数据。一方面，为上一章节用CFD数值模拟方法对无龙骨模型进行阻力计算的准确性提供了验证参考；另一方面，通过附体阻力试验，估算出了实船附体阻力大小，以及预报了实船在各个航速下的阻力值。5.1傅汝德数相似准则对于给定船型，其傅汝德数大小相等，那么实船和船模符合：VSVm（5-1）gLSgLm则相应速度关系为：VVSVs（5-2）mLsLm上式中，下标s代表实船，m代表船模；是船模与实船之间的缩尺比。根据傅汝德定理，它们的兴波阻力系数相等，即：CwRwsRwmCm（5-3）1212ssSsmmSm222或（ssSs5-4）RwsRwm2mmSm38 第五章金枪鱼钓船模型试验研究222考虑两者船型相似，那么在相应速度，则必有：SsSm和vsvm，将其代入（5-4）式得：s3ss（5-5）RwsRwmRwmmmm式中s表示实船的排水体积，m表示船模的排水体积，该式子可以换算成如下式子：s（5-6）RwsRwmm由上式（5-6）知，形似船在相同Fr数或者相应速度时，单位排水量产生的兴波阻力必相等，这称作傅汝德比较定律。由此知，可以通过试验计算出船模的兴波阻力系数，在通过此兴波阻力系数换算成实船阻力。5.2模型实验5.2.1试验仪器设备船模试验试验在拖曳水池实验室进行，实验用到的仪器设备主要有：试验水池、拖车、超低温金枪鱼钓船船模和船模阻力仪。2试验水池：总长130m，宽度6m，深度3.5m，总面积有2000m，实景如图5.1所示。拖车：拖车的航速为0.1-6.5m/s，实物如图5.2所示。船模：以超低温金枪鱼钓船为研究对象，按照缩尺比为=1:14建立船模，其主尺度如下表5-1所示，无龙骨船模形状如图5-3所示。有龙骨船模型如图5-4所示。表5-1实船与船模主尺度参数Tab5.1PrincipalDimensionsofShips主尺度参数实船船模总长Loa(m)56.404.03水线长LwL(m)49.123.51垂线间长Lpp（m）48.603.47型宽B（m）8.700.62型深D（m）3.750.27吃水d（m）3.400.2439 金枪鱼船水动力数值模拟与试验研究图5-1拖曳水池Fig.5.1Thetowingtank图5-2拖车Fig.5.2Trailer40 第五章金枪鱼钓船模型试验研究图5-3渔船模型（无龙骨）Fig.5.3tunaboatmode（withoutoutkeel）图5-4渔船模型（有龙骨）Fig.5.4tunaboatmodel（withoutkeel）5.2.2实验方案在本中对超低温金枪鱼钓船有无龙骨分别进行船模阻力实验，模型首部和尾部如1图5-5到5-6所示。考虑到在艏垂线后9站的位置安装1mm的激流丝。压载方法是241 金枪鱼船水动力数值模拟与试验研究在船模上添加砝码来达到设计吃水。在实验过程包括：模型装配、各仪器标定、船模加载和实验进行。我们用R47阻力测量仪将船模与拖车相连接，待拖车达到匀速行驶时，利用阻力仪及数据采集系统记录水池温度，拖车行驶速度和船模阻力。在阻力测量过程中需要将阻力值用阻塞效应进行修正，这样就得到了较为正确的敞水模型阻力值。本实验对模型在Fr0.15~0.54下选取了10个速度进行拖曳试验，设计航速Vs=1.512m/s，最大设计航速为1.787m/s。在模型试验过程当中，实验人员要对各个航速下的船模水面兴波情况进行拍摄记录。5.3实验结果及分析5.3.1无龙骨船模试验与其数值模拟结果对比：表5-2船模试验与数值模拟结果Tab.5.2TheResistanceofexperimentandCFD船模试验数值计算Vm(m/s)FnErro%结果Rt(N)结果Rt(N)0.9620.154.9665.1614%1.1000.216.9176.388-8%1.2370.269.8848.249-17%1.3750.3213.80712.94-6%1.4440.3615.46415.6931%1.5120.3917.90318.9816%1.5810.4321.91020.605-6%1.6500.4628.20525.872-8%1.7180.5036.50034.406-6%1.7870.5444.49642.924-4%NO.1NO.242 第五章金枪鱼钓船模型试验研究图5-5船模试验结果和数值模拟结果对比图Fig.5.5ComparsionofexperimentandCFD首先，分析比较船模试验和数值模拟结果，可以发现，两者数据相当接近，两者之间的误差基本在10%以下，相互验证了此次数值模拟和船模试验研究方法的准确性。可以预先用数值模拟进行优化研究，节省试验中的人力和物力。我们选取了六种情况与数值模拟计算结果对照。图5-6Fn=0.21时的船模阻力试验与数值结果Fig.5.6ComparsionofthemodelatFr=0.2143 金枪鱼船水动力数值模拟与试验研究图5-7Fr=0.32时的船模阻力试验与数值结果Fig.5.7ComparsionofthemodelatFr=0.32图5-8Fr=0.39时的船模阻力试验与数值结果Fig.5.8ComparsionofthemodelatFr=0.39图5-9Fr=0.46时的船模阻力试验与数值结果Fig.5.9ComparsionofthemodelatFr=0.4644 第五章金枪鱼钓船模型试验研究图5.10Fr=0.54时的船模阻力试验与数值结果Fig.5.10ComparsionofthemodelatFr=0.54对比船模试验和数值模拟首部的波形图，我们可以看出，结果很相符。另外，当Fr=0.104时，我们可以从图4-10中看出，这时的水面波动很小，兴波成分较少，对比数值模拟的计算数据，摩擦阻力为船体阻力的主要成分，两者情况相符；当Fr不断增大时，我们很直观的从图中看出，水面兴波开始增加，尤其当Fr=0.388时，船首的兴波最为激烈，这部分和数值模拟的结果也很相符。5.3.2船模有无龙骨结果对比表5-3模型试验结果Tab5-3Theexperimentresult无龙骨模型有龙骨模型龙骨阻力Vm(m/s)FrARt(N)BRt(N)Ro(N)0.9620.154.9666.6431.6771.1000.216.9178.6781.7611.2370.269.88411.0941.211.3750.3213.80715.1121.3051.4440.3615.46417.4692.0051.5120.3917.90320.2942.3911.5810.4321.91025.1653.2551.6500.4628.20530.3462.1411.7180.5036.50039.2762.7761.7870.5444.49647.6123.11645 金枪鱼船水动力数值模拟与试验研究5.11无龙骨模型A阻力值5.12有龙骨模型阻力值Fig5.11TheresistancevalueofmodelAFig5.12TheresistancevalueofmodelB图5.13两个模型的阻力值对比Fig.5.13Theresistancevalueoftwomodels以下为各个航速下，首部兴波对比图。图5-14Vs=7kn渔船模型（无龙骨）渔船模型（有龙骨）Fig.5.14thecomparisonatv=7kn46 第五章金枪鱼钓船模型试验研究图5-15Vs=8knFig.5.15thecomparisonatv=8kn图5-16Vs=9knFig.5.16theComparisonatV=9kn图5.17Vs=10knFig.5-17theComparisonatV=10kn47 金枪鱼船水动力数值模拟与试验研究图5-18Vs=11knFig.5.18theComparisonatV=11kn图5-19Vs=11.5knFig.5.19theComparisonatV=11.5kn图5-20Vs=12knFig.5.20theComparisonatV=12kn48 第五章金枪鱼钓船模型试验研究图5-21Vs=13knFig.5.21theComparisonatV=13kn对比两套船模在各个速度下的首部兴波情况，发现两者并未存在明显的差异，可见，外龙骨对于金枪鱼钓船的兴波阻力影响较小。那么，可以猜想外龙骨的阻力大多来自粘性阻力。通过观察两者阻力曲线，可以发现，各个速度下的阻力差值基本不变。然而，随着速度的增加，外龙骨所产生的摩擦阻力必定增加，由此可以推断，外龙骨的粘压阻力在减少，并且减少的数值和摩擦阻力增长的数值相近。依次规律，当船速到达一定程度的时候，粘压阻力将减小到一定值，对粘性阻力所占的比例可以忽略不计。那么对于实船的附体阻力的估算，可以采用傅汝德假定进行换算。另外，考虑到附体和船体雷诺数有着较大的差异。如果相同，附体的摩擦阻力换算将会偏大。故将两者分离进行讨论，忽略附体与船体之间的影响。具体的换算结果如下表所示。49 金枪鱼船水动力数值模拟与试验研究表5-4主要参数Tab.5.4mainparameter裸船附体排水量水线长度吃水形模密度动力粘性系数湿水面积湿水面积22（t）（m）（m）（m）（m）（m）kg/m3m2/s实船960.449.143.414.88571.9672船模0.353.510.240.622.9182997.5869.43554E-07表5-5裸船的阻力预报Tab.5.5theResistanceoftheshipFrVsVmRtmCfmCtmCrmCfsCfCtsRts(N)0.153.600.9624.9663.6173.6870.0702.1020.42.5729777595.0050.214.121.16.9173.5263.9270.4012.0620.42.86314230847.1170.264.631.2379.8843.4494.4380.9882.0280.43.41621469723.6080.325.141.37513.8073.3825.0171.6351.9970.44.03231312134.6040.365.401.44415.4643.3525.0951.7431.9840.44.12735342767.6890.395.661.51217.9033.3245.3802.0561.9710.44.42741569561.1620.435.921.58121.913.2976.0222.7251.9580.45.08352191592.0020.466.171.6528.2053.2727.1173.8461.9470.46.19369250463.2530.506.431.71836.53.2488.4965.2481.9360.47.58491944413.4390.546.691.78744.4963.2259.5736.3481.9250.48.673113765172.60850 第五章金枪鱼钓船模型试验研究表5-6裸船+附体（外龙骨）阻力预报Tab.5.6theResistanceoftheshipandoutkeelFrVsVmRtmoRtmaRtma-RtmoRsCapm实船附体阻力估算（N）实船阻力预报（N）0.153.600.9624.9666.6431.67797775950.0222366170121437650.214.121.16.9178.6781.761142308470.0182484690167155370.264.631.2379.88411.0941.21214697240.0101707254231769780.325.141.37513.80715.1121.305313121350.0081841295331534300.365.401.44415.46417.4692.005353427680.0122828963381717310.395.661.51217.90320.2942.391415695610.0133373591449431520.435.921.58121.9125.1653.255521915920.0164592655567842470.466.171.6528.20530.3462.141692504630.0093020853722713160.506.431.71836.539.2762.776919444130.0113916808958612220.546.691.78744.49647.6123.1161137651730.012439653311816170551 金枪鱼船水动力数值模拟与试验研究5.4本章小结本章介绍本校拖曳水池对金枪鱼船进行船模试验。对比分析了船模试验和数值模拟的结果，相互验证结论的准确性；通过附体阻力试验，分析附体阻力成分，估算了实船附体阻力大小，以及预报了实船在各个航速下的阻力值。52 第六章总结和展望第六章总结和展望6.1总结金枪鱼钓船在船型上有不同于其他船型的特点，研究其水动力性能对于改善金枪鱼船的快速性十分必要。本文以数值模拟与拖曳试验为基础，结合流体动力学理论，深入研究了金枪鱼钓船的特色船型对其粘性绕流的水动力性能。在数值计算上，本文主要利用商业软件FLUENT，选用Wigley船型进行绕流场数值模拟，依次对网格数量、近壁面网格厚度进行了验证，熟悉和掌握CFD程序源。然后，对超低温金枪鱼钓船在粘性流场进行了相关的数值模拟。在船模试验中，对金枪鱼船船模进行拖曳，比较船模试验数据和数值仿真模拟计算得到的结果，相互验证模拟的准确性。结合数值模拟数据和试验结果，分析估算了外龙骨的阻力成分。并预报了实船阻力大小。本文对金枪鱼船水动力数值模拟计算和船模试验的研究，得到以下的初步结论：（1）船舶绕流数值模拟，必须要进行网格依赖性的验证，不同大小的网格数量和不同厚度的边界层很大程度上影响了数值模拟的精度和效率。（2）采用VOF法，能够很好的处理自由液面，清晰的捕捉到自由液面波动的每个细节。（3）通过数值模拟和拖曳试验分析，金枪鱼钓船的扁平球艏对于船后伴流场的兴波减阻有着一定的效果。（4）外龙骨对船体水面的兴波阻力影响较小，减少的粘压阻力数值和摩擦阻力增长的数值相近。依次规律，当船速到达一定程度的时候，粘压阻力将减小到一定值，对粘性阻力所占的比例可以忽略不计。那么通过傅汝德假定进行换算能够获取相对准确的误差。6.2展望由于本人对粘性流体的理论知识地学习时间有限，内容较浅，在论文撰写中，很多现象并未作出合理的解释。未来的工作可以从下面几个方面进行下一步的研究。53 金枪鱼船水动力数值模拟与试验研究（1）本文虽然介绍了常用的几种湍流模型，但是，由于时间有限并为对所介绍的湍流模型进行数值验证，在下一步工作中，将需要对不同的湍流模型进行数值模拟。（2）本文采用结构化网格，但在尾部并没有获得想要的高质量网格，对于网格的划分还需要更多的耐心和思考，需要一套能适用大部分船体的高质量网格模板，便于工程应用。（3）没有对附体划分出合理的网格，希望接下来能有合理的网格数值模拟船体绕流，对附体部分的细节更多的观察。（4）外龙骨阻力成分分析，忽略了兴波阻力和船体与附体间的干扰。因此，实船阻力预报还存在一定的误差，还需要更多的船模和实船试航的阻力数据去比较和总结规律。54 参考文献参考文献[1]郭仁达.现代海洋渔船[J].海洋渔业，1982(5):237-237.[2]赵智萍.金枪鱼延绳钓渔船船型分析[J].大连水产学院学报，2002，17(1):61-63.[3]陈龙，贾复.远洋延绳钓渔船的发展过程[J].水产科学,1997,16(1):38-42.[4]陈龙,秦士元.远洋金枪鱼延绳钓渔船主要参数分析[J].大连水产学院学报,1998,13(3):55-63.[5]陈龙,秦士元.远洋拖网渔船主要参数分析[J].大连水产学院学报,1998,13(1):63-69.[6]陈龙,秦士元.远洋金枪鱼围网渔船主要参数分析[J].船舶工程,1997(1):26-29.[7]贾复.延绳钓渔船的设计特点[J].船舶工程,1996(2):24-27.[8]贾复,陈龙,朱瑞源,等.金枪鱼围网渔船的设计特点[J].大连海洋大学报,2000,15(1):45-49.[9]陈锡旸.远洋金枪鱼渔船动力装置探讨[J].船舶工程,1996,6:006.[10]许肇洲.金枪鱼延绳钓渔船设计特点[J].大连水产学院学报,1989,1:006.[11]林宏惠.小型延绳钓渔船设计[J].船舶,2004(3):11-14.[12]船舶阻力[M].国防工业出版社,1995.[13]船舶阻力[M].上海交通大学出版社,1985.[14]船舶快速性[M].人民交通出版社,2007.[15]应业矩,赵连恩.船舶快速性[J].2007.[16]刘应中,张怀新,李谊乐,等.21世纪的船舶性能计算和RANS方程[J].船舶力学,2004,5(5):66-84.[17]李良彦.船舶阻力及粘性流场的数值模拟[D].大连:大连理工大学,2008.[18]任玉新,陈海昕.计算流体力学基础[M].清华大学出版社有限公司,2006.[19]余建伟.基于CFD的船舶阻力计算与预报研究[D][D].上海:上海交通大学,2009.55 金枪鱼船水动力数值模拟与试验研究[20]黄少锋,张志荣,赵峰,等.带自由面肥大船粘性绕流场的数值模拟[J].船舶力学,2008,12(1):46-53.[21]秦江涛.低速肥大船型粘性流数值模拟[D].武汉:武汉理工大学硕士学位论文,2007.[22]许辉,邹早建.基于FLUENT软件的小水线面双体船粘性流数值模拟[J].武汉理工大学学报,2004,2:8210.[23]HessJ,M.OSmithA,HessJ,etal.CalculationofNonLiftingpotentialflowaboutarbitrarythreedimensionalbodies[J].McDonnellDouglasRep.NoES,1968.[24]MinKS,ChoiJE,YumDJ,etal.Studyonthecfdapplicationforvlcchull-formdesign[C]//Proceedingsofthe24thsymposiumonNavalHydrodynamics.2003.[25]HinoT,OhashiK,UkonY.FlowcomputationsaroundashipwithappendagesbyanunstructuredgridbasedNSsolver[C]The8thInternationalConferenceonNumericalShipHydrodynamics.2003.[26]BurgCOE,SreenivasK,HyamsDG,etal.Unstructurednonlinearfreesurfacesimulationsforthefully-appendedDTMBModel5415serieshullincludingrotatingpropulsors[C]Proceedingsofthe24thSymposiumonNavalHydrodynamics.2002:8-13.[27]BullP,VerkuylJB,RANOCCHIAD,etal.PredictionofhighReynoldsnumberflowaroundnavalvessels[C]Proceedings,24thSymposiumNavalHydrodynamics,Fukuoka,Japan.2002.[28]LinCW,PercivalS.Freesurfaceviscousflowcomputationaroundatransomsternshipbychimeraoverlappingscheme[C]Twenty-ThirdSymposiumonNavalHydrodynamics.2001.[29]靳伟,万德成.采用不同湍流模型对带自由面船舶粘性流场计算的分析比较[J].2009.[30]陈义根.非定常不可压NS方程求解方法研究及三维水面舰船黏性绕流的数值模拟[D].上海：中国船舶与海洋工程设计研究院,1998.[31]徐力.基于CFD的船体阻力性能优化[D].上海交通大学,2012.[32]曹洪建.基于FLUENT的滑行艇阻力计算研究[D].哈尔滨:哈尔滨工程大学,2008.56 参考文献[33]赵林岗.42m拖网渔船水动力数值计算与试验研究[D].浙江海洋学院,2012.[34]王贵彪.拖网渔船导管桨—舵干扰的水动力性能研究[D].浙江海洋学院,2013.[35]许颂捷.拖网渔船船—桨干扰水动力性能研究[D].浙江海洋学院,2014.[36]李良彦.船舶阻力及粘性流场的数值模拟[D].大连理工大学,2008.DOI:10.7666/d.y1416909.[37]粘性流体动力学基础[M].高等教育出版社,1993.[38]王福军.计算流体动力学分析:CFD软件原理与应用[M].清华大学出版社有限公司,2004.[39]陶文铨.数值传热学[M].西安交通大学出版社,1988.[40]YakhotV,OrszagSA.Renormalization-groupanalysisofturbulence[J].PhysicalReviewLetters,1986,57(14):1722.[41]LaunderBE,SpaldingDB.Lecturesinmathematicalmodelsofturbulence[J].1972.[42]MenterFR.Two-equationeddy-viscosityturbulencemodelsforengineeringapplications[J].AIAAjournal,1994,32(8):1598-1605.[43]邓丽丽.渔政船阻力、航速预报方法及型线优化研究[D].大连理工大学,2011.[44]郑峰敏,李云波.基于CFD的Wigley船型流场模拟及阻力预[C]2013年船舶水动力学学术会议论文集.2013.[45]NanXIE,DodworthK,VassalosD,etal.ComputationoffreesurfaceturbulentflowaroundaWigleyhull[J].Journalofshipmechanics,2001,5(6):1-8.[46]GorskiJJ.Presentstateofnumericalshiphydrodynamicsandvalidationexperiments[J].JournalofOffshoreMechanicsandArcticEngineering,2002,124(2):74-80.[47]GatchellS,HafermannD,JensenG,etal.Waveresistancecomputations—acomparisonofdifferentapproaches[C]Twenty-thirdsymposiumonnavalhydrodynamics.2001.[48]JournéeJMJ.Experimentsandcalculationson4Wigleyhullformsinheadwaves[J].DelftUniversityofTechnology,Report,1992(0909).57 金枪鱼船水动力数值模拟与试验研究[49]于刚,刘建闽,蔡振雄.带自由面船体周围粘性流场数值模拟[J].江苏船舶,2012,29(2).[50]高慧颖.基于CFD的大型船舶球艏线型设计比较研究[D].哈尔滨工程大学硕士学位论文,2010.[51]班长英.VOF方法中自由面重构算法的研究[J].2006.[52]卢明.数值波浪水槽及其在半圆堤波浪力计算中的应用[D].天津大学,2007.[53]陈纪平,赵汉魂,沈玉林.船舶附体阻力换算方法研究[J].船舶,2009,20(2):13-17.[54]操盛文,吴方良.尺度效应对全附体潜艇阻力数值计算结果的影响[J].中国舰船研究,2009,4(1):33-37,42.[55]张继猛.船模试验中附体阻力的换算方法[J][J].舰船科学技术,1989,4:32-36.[56]李定尊.高速水面双桨船附体阻力研究[J].舰船性能研究,1996(4):32-39.[57]姜次平.双桨船-LueyAshton轴系附体阻力的尺度效应[J][J].中国造船,1984,1:003.[58]刘航.船模试验水池计算机数据采集处理系统[J].武汉造船,2001(2):31-34.[59]朱德祥,沈泓萃,洪方文,等.船模数值水池框架及其研究基础[J].水动力学研究与进展:A辑,2008,23(1):24-32.[60]吴乘胜,陈雄,孙立宪,等.静水中自由船模拖曳CFD模拟方法研究[J].船舶力学,2010,14(8):823-833.58 在读期间发表的学术论文及研究成果在读期间发表的学术论文：[1]刘在良.一种用于金枪渔船的辅助螺旋桨.实用新型专利，ZL201420247255.3.[2]刘在良.2750TEU集装箱船局部振动评估[J].造船技术,2014(1):32-34.[3]刘在良.舵杆的有限元直接计算[J].造船技术,2014(2):30-32.59