动力定位供应船流载荷数值计算及研究

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本文以计算流体动力学Fluent为平台,计算一定雷诺数范围内动力定位供应船流载荷系数,并研究船型参数、呆木参数以及雷诺数对流载荷系数的影响规律,最终得到流载荷系数的估算方法。在计算动力定位供应船之前,先对一艘有试验资料的油船进行0~180°内的流场计算,借由与试验资料对比,对数值计算方法的合理性进行验证,并通过分析船体表面压力及剪切力,总结粘压阻力系数和摩擦阻力系数随流向角的变化规律。然后以一艘动力定位供应船为母型船,通过控制排水量和船长不变,对裸船进行船型变换,采用CFD方法计算一定雷诺数范围内裸船流载荷系数。通过变换母型船的呆木面积及形心位置,计算不同呆木参数下的流载荷系数。最终在考虑呆木参数及雷诺数的影响下,采用偏最小二乘回归(PLS)对单个角度下的流载荷系数进行回归,线性插值得到任意角度下的流载荷系数。数值计算方法及计算结果如下:(1)数值计算方法:计算域选择内域圆柱形,外域方形,当计算不同流向角下的流载荷时,只需转动内域网格。对于网格划分提出了几点不同于直航时的要求:稍微降低紧邻船体表面区域的网格密度;减少平行中体处的网格间距;增加船体外围的网格密度。选择SST湍流模式进行定常计算,即适合低雷诺也适合高雷诺数。(2)针对动力定位供应船的纵向流载荷系数,在小角度时,摩擦阻力系数占主要成分,在40°和130°时粘压阻力系数剧增,40°~130°时,粘压阻力系数占主要成分,且粘压阻力系数与船首尾压差在纵向上的投影相关。(3)针对动力定位供应船的横向流载荷系数,在60°左右达到峰值,该方向上的摩擦阻力系数较粘压阻力系数为小量,可忽略不计,粘压阻力系数由船首尾压差在横向上的投影决定;(4)添加的呆木,改变尾部压力分布,增加尾部的漩涡阻力,导致流载荷系数增加,并回归呆木的影响因子,且验证估算公式的预测性良好;(5)雷诺数主要影响摩擦阻力系数,且随着雷诺数的增加而减少;(6)影响流载荷系数的船型参数主要是方形系数Cb和船长船宽比L/B,通过偏最小二乘方法对单个流向角下的流载荷系数进行回归,线性插值可得到任意角度下的流载荷系数,最终编写流载荷系数计算程序。
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