随着世界航运业对船舶节能减排的呼声日益高涨,节能船型的研发越来越受到重视。基于CFD的船型优化方法是船舶设计人员目前最依赖的手段之一。与传统的母型船改造法设计船体型线不同,基于CFD的船型优化的设计方法,将型线变化技术与数值模拟方法相结合,可以有效提高船型设计质量,节省大量设计成本。船型与船舶水动力性能之间存在着必然的联系,评价船型优良与否的重要指标之一就是水动力性能,而船舶的快速性、耐波性和操纵性是船舶水动力的主要性能。船舶航行性能预报是船舶设计过程中的重要一环,而水动力性能研究是船舶航行性能预报技术的基础。基于此,本文的主要研究内容如下:首先,本文建立了基于参数化的船型自动优化系统。以CNG船为例,通过参数化建模生成船体模型,再通过改变控制参数实现船体的快速变形,从而生成多种船型,为型线优化提供多种方案。在此基础上应用CFD技术建立了基于粘性流场的优化平台,以总阻力性能最优为目标,对CNG船的球鼻艏进行了型线优化,分别采用了基于Sobol和NSGA-II的优化算法进行型线优化,对比分析了两种优化算法在优化过程中的差异性。并且深入分析了设计变量对优化结果的影响。结果显示,基于Sobol的优化算法更适用于球鼻艏的型线优化,球艏高度方向的变形对阻力的影响不显著。其次,针对优化后的船型进行斜航水动力性能分析。采用基于RANS方程求解的数值方法对优化后的CNG船船-舵系统和船-桨-舵系统斜航状态下的水动力性能进行了研究,采用RANS k-ω湍流模型,应用重叠网格技术,考虑了自由液面对船舶运动的影响,螺旋桨采用移动参考系方式进行处理。通过对不同漂角下船舵表面压力、自由面波形以及船体绕流场的分析,分析了斜航状态下CNG船船-桨-舵之间的相互作用。最后,分析了CNG船的加速特性。同样采用粘流CFD方法模拟了CNG船的非线性航行过程,应用重叠网格技术,忽略自由液面对船舶运动的影响,螺旋桨采用滑移网格方式进行处理。通过对螺旋桨以不同加速度旋转过程和螺旋桨定常旋转过程的船桨水动力性能进行分析。分析了螺旋桨旋转效应对船舶航行阻力和螺旋桨水动力的影响。