高速滑行艇喷溅阻力的数值计算与分析方法研究

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1、学校代码：10289分类号：U661.3密级：公开学号：122010043江苏科技大学硕士学位论文高速滑行艇喷溅阻力的数值计算与分析方法研究研究生姓名吴娜导师姓名王志东申请学位类别工学硕士学位授予单位江苏科技大学学科专业船舶与海洋结构物设计制造论文提交日期2014年12月30日研究方向船舶流体力学性能论文答辩日期2015年3月21日答辩委员会主席评阅人2015年3月21日分类号：U661.3密级：公开学号：122010043工学硕士学位论文高速滑行艇喷溅阻力的数值计算与分析方法研究学生姓名吴娜指导教师王志东教授江苏科技大学二O一五年三月AThesisSubmittedinFulfillm

2、entoftheRequirementsfortheDegreeofMasterofEngineeringNumericalsimulationandanalyticalmethodsofsprayresistanceofthehigh-speedplanningcraftSubmittedbyWuNaSupervisedbyProfessorWangZhidongJiangsuUniversityofScienceandTechnologyMarch,2015江苏科技大学学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果。除文中已经注明

3、引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。学位论文作者签名：吴娜2015年3月30日江苏科技大学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，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权江苏科技大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。本学位论文属于：(1)保密□，在年解密后适用本授权书。(2)不保密□。

4、学位论文作者签名：吴娜指导教师签名：王志东2015年3月30日2015年3月30日摘要摘要传统排水型船的重量由静水力支持，而滑行艇的重量是由水动力和静水力联合支持，滑行艇在高速航行时伴随着强烈的喷溅现象，对滑行艇的航行阻力及运动性能产生显著影响。精确模拟滑行艇的喷溅及确定喷溅阻力对于确定艇体受到的动载荷及艇型的优化具有十分重要的意义。本文采用与滑行艇试验艇型相同的三维棱柱型滑行艇模型，针对棱柱型滑行艇在静水中约束航行及在波浪中约束航行进行了数值模拟与分析。利用Fluent软件对滑行艇约束模式下纵倾角τ=3.0°、5.0°，航速V=1.0m/s~6.0m/s共计12个工况进行了数值模拟，完

5、成了棱柱型滑行艇在静水中约束航行的水动力特性研究，分析了不同纵倾角不同航速下滑行艇的阻力、周围流场、艇底动压等，并将数值计算结果与试验相比较，吻合较好。当航速V2m/s时，阻力数值计算值与试验值误差小于5%，说明该数值模拟方法在研究较高体积傅汝德数时具有较好的计算精度。根据棱柱型滑行艇在静水中约束模式下的数值模拟结果，完成了棱柱型滑行艇在静水中约束航行的喷溅特性研究，分析了滑行艇喷溅面积、艇底静压等参数的变化特性，通过自编后处理程序绘制出滑行艇喷溅区的形状，并计算出喷溅面积及喷溅阻力。喷溅区平均速度与航速之间近似满足线性关系，纵倾角τ=3.0°下喷溅阻力占总阻力的12%~19%，纵倾角

6、τ=5.0°下喷溅阻力占总阻力的25%~30%。通过速度边界造波方法，实现波浪环境的模拟，对滑行艇以一定航速，在波长为2.1m、波高为0.2m的波浪中航行进行了数值模拟，选取纵倾角τ=5.0°，航速V=0m/s~5.0m/s共计6个工况，开展了计及空气载荷作用下棱柱型滑行艇在波浪中约束航行的喷溅特性研究，分析了滑行艇的艇底静压、艇底水相体积分数分布等，绘制出滑行艇喷溅区的形状，计算得到不同航速下滑行艇的喷溅阻力。航速V=0m/s时，喷溅阻力非常小，可以忽略不计；其余航速下，在波浪中滑行艇的喷溅阻力占总阻力比例RS/R的峰值约在10%左右。根据滑行艇喷溅现象发生的内部机理及国内外相关试验归

7、纳出的经验公式，本文提出喷溅区的分离方法，并推导出喷溅区几何参数及喷溅阻力的计算公式，最终建立棱柱型滑行艇喷溅参数及喷溅阻力的计算模型与方法，为滑行艇喷溅阻力的研究提供了一种可行的研究分析方法。关键词：棱柱型滑行艇；数值模拟；喷溅阻力；分析方法IAbstractAbstractTheweightoftraditionaldisplacementshipissupportedbyhydrostaticforce,whileplanin