基于CFD的船舶编队队形节能优化研究
发布时间：2022-10-27 21:23
近年来,随着全球经济的快速发展,各地区的相互贸易也日趋频繁,航运业起到了举足轻重的作用。从船舶的经济性能与节约资源的角度考虑,为提高船舶水动力性能,一个良好的船体型线是必不可少的。此外,由于货运量巨大与货运任务的时限问题,单船的货物运输已经不能解决客户巨大的贸易需求,船舶的编队化航行越来越被人们重视并应用到实际运输任务中,根据许多自然界中的现象如大雁南飞和鱼群遨游可知,群体运动现象存在能耗较低的排列方式,因此船舶编队航行时亦存在节能率高的编队队形。船体型线优化设计是船舶设计阶段必不可少的环节。实现船体三维曲面的变形成为船体型线优化设计首先需要解决的一个关键技术问题。本文采用一种基于NURBS曲线曲面基本理论的船体三维曲面修改技术--自融合方法,通过对母船型的基础横剖面进行融合操作得到新船型的基础横剖面,并对其进行插值得到新船型三维曲面,实现船体三维曲面的变形。其次,采用具有预报精度高、周期短、成本低廉等特点的CFD（Computational Fluid Dynamics）技术对新船型进行水动力性能预报。利用试验设计科学有效的给出样本点,结合自融合方法与CFD技术通过搭建自动化计算平台...
【文章页数】：89 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
Abstract
1 绪论
1.1 研究背景及意义
1.2 CFD技术的发展及现状
1.3 船舶节能优化研究现状
1.4 论文研究内容
1.5 本章小节
2 相关理论与计算方法
2.1 引言
2.2 控制方程
2.2.1 质量守恒方程
2.2.2 动量守恒方程
2.2.3 能量守恒方程
2.3 湍流模型
2.3.1 标准k-ε模型
2.3.2 SSTk-ω模型
2.4 自由液面的处理
2.5 六自由度模型
2.6 边界条件
2.7 本章小结
3 基于自融合方法的船体型变
3.1 NUBRS基本理论
3.1.1 NURBS曲线
3.1.2 NURBS曲面
3.2 自融合方法
3.3 自融合方法的应用
3.3.1 基础横剖面的选取
3.3.2 衍生横剖面的选取
3.3.3 截取特征点坐标
3.3.4 重构新船型
3.4 本章小结
4 基于多岛遗传算法的船型优化
4.1 引言
4.2 多岛遗传算法
4.3 考虑航态的船舶阻力性能预报
4.3.1 计算区域的选取及网格划分
4.3.2 边界层的设定
4.3.3 边界条件及物理模型的选择
4.3.4 方法可行性验证
4.3.5 仿真结果分析
4.4 构建阻力近似模型
4.4.1 优化设计思路
4.4.2 样本点的选取
4.4.3 数学代理模型
4.4.4 搭建自动化平台
4.4.5 结果分析
4.5 船型优化
4.6 本章小结
5 船舶编队队形的节能优化研究
5.1 编队优化的减阻机理
5.2 螺旋桨的应用
5.2.1 体积力法螺旋桨
5.2.2 KP505敞水性征
5.2.3 KP505的水动力修正
5.2.4 螺旋桨相似理论
5.3 船舶会遇安全距离
5.3.1 船吸现象
5.3.2 船舶安全间距
5.4 船舶自航水动力性能预报
5.4.1 自航初始条件的设定
5.4.2 自航结果分析
5.5 双船舶编队队形的节能优化
5.5.1 优化思路
5.5.2 横向编队队形节能优化
5.5.3 纵向编队队形节能优化
5.6 多船舶编队队形的节能优化
5.7 本章小结
结论
参考文献
致谢
作者简历
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于RANS法和边界层理论预报三维船体阻力[J]. 胡俊明,李铁骊,林焰,徐雪锋,徐利刚. 船舶力学. 2018(05)
[2]船舶设计中节能减排技术的应用[J]. 黄炼,袁秋枫,程杰. 山东工业技术. 2018(08)
[3]航行船舶安全会遇距离[J]. 刘虎,张仲明. 水运管理. 2015(10)
[4]基于径向基函数插值的船体曲面修改方法研究[J]. 沈通,冯佰威,刘祖源,常海超. 中国造船. 2013(04)
[5]船舶设计节能减排技术策略[J]. 郝金凤,强兆新,石俊令,索双武,肖丽娜. 舰船科学技术. 2012(09)
[6]基于数值水池的潜艇横摇运动仿真[J]. 寇冠元,殷洪,林兆伟,郭传海. 舰船科学技术. 2012(03)
[7]基于设计空间探索的型线自动优化[J]. 梁军,许劲松,谢杰,杨小玉. 船舶力学. 2010(07)
[8]基于CFD的船型优化设计研究进展综述[J]. 赵峰,李胜忠,杨磊,刘卉. 船舶力学. 2010(07)
[9]数值水池及其在船舶与海洋工程中的应用[J]. 朱仁传,缪国平,向红贵,林兆伟. 上海造船. 2007(04)
[10]船舶在桥区安全航行可靠性分析[J]. 甘浪雄. 武汉理工大学学报(交通科学与工程版). 2003(04)
博士论文
[1]基于CFD方法的船舶水动力性能预报及优化[D]. 洪智超.大连理工大学 2018
[2]船桨舵相互作用的重叠网格技术数值方法研究[D]. 沈志荣.上海交通大学 2014
[3]三维数值水池及船舶操纵性水动力数值计算[D]. 廉静静.大连海事大学 2013
[4]船舶与海洋平台三维参数化总体设计方法研究[D]. 于雁云.大连理工大学 2009
[5]海洋资源价值及开发战略研究[D]. 忻海平.中国地质大学（北京） 2008
硕士论文
[1]无人水下航行器节能优化策略研究[D]. 穆旭阳.大连海事大学 2019
[2]基于完全参数化建模和CFD的船舶型线设计优化[D]. 兰林强.福州大学 2017
[3]基于CFD的中高速艇阻力及耐波性研究[D]. 邓绍权.华中科技大学 2017
[4]基于CFD的多AUV编队节能优化研究[D]. 游园.大连海事大学 2017
[5]紧密编队飞行涡流减阻机理及队形参数优化研究[D]. 刘志勇.中国科学技术大学 2016
[6]基于CFD的船型优化及节能附体研究[D]. 童骏.华中科技大学 2016
[7]内河船舶能效研究系统分析与设计[D]. 孙星.武汉理工大学 2012
[8]船舶能耗评估方法和能耗预测的研究[D]. 林荣模.集美大学 2012
[9]基于CFD的船体阻力性能优化[D]. 徐力.上海交通大学 2012
[10]船舶性能数值水池的研究及其若干应用[D]. 郭海强.上海交通大学 2009
本文编号：3697239
【文章页数】：89 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
Abstract
1 绪论
1.1 研究背景及意义
1.2 CFD技术的发展及现状
1.3 船舶节能优化研究现状
1.4 论文研究内容
1.5 本章小节
2 相关理论与计算方法
2.1 引言
2.2 控制方程
2.2.1 质量守恒方程
2.2.2 动量守恒方程
2.2.3 能量守恒方程
2.3 湍流模型
2.3.1 标准k-ε模型
2.3.2 SSTk-ω模型
2.4 自由液面的处理
2.5 六自由度模型
2.6 边界条件
2.7 本章小结
3 基于自融合方法的船体型变
3.1 NUBRS基本理论
3.1.1 NURBS曲线
3.1.2 NURBS曲面
3.2 自融合方法
3.3 自融合方法的应用
3.3.1 基础横剖面的选取
3.3.2 衍生横剖面的选取
3.3.3 截取特征点坐标
3.3.4 重构新船型
3.4 本章小结
4 基于多岛遗传算法的船型优化
4.1 引言
4.2 多岛遗传算法
4.3 考虑航态的船舶阻力性能预报
4.3.1 计算区域的选取及网格划分
4.3.2 边界层的设定
4.3.3 边界条件及物理模型的选择
4.3.4 方法可行性验证
4.3.5 仿真结果分析
4.4 构建阻力近似模型
4.4.1 优化设计思路
4.4.2 样本点的选取
4.4.3 数学代理模型
4.4.4 搭建自动化平台
4.4.5 结果分析
4.5 船型优化
4.6 本章小结
5 船舶编队队形的节能优化研究
5.1 编队优化的减阻机理
5.2 螺旋桨的应用
5.2.1 体积力法螺旋桨
5.2.2 KP505敞水性征
5.2.3 KP505的水动力修正
5.2.4 螺旋桨相似理论
5.3 船舶会遇安全距离
5.3.1 船吸现象
5.3.2 船舶安全间距
5.4 船舶自航水动力性能预报
5.4.1 自航初始条件的设定
5.4.2 自航结果分析
5.5 双船舶编队队形的节能优化
5.5.1 优化思路
5.5.2 横向编队队形节能优化
5.5.3 纵向编队队形节能优化
5.6 多船舶编队队形的节能优化
5.7 本章小结
结论
参考文献
致谢
作者简历
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于RANS法和边界层理论预报三维船体阻力[J]. 胡俊明,李铁骊,林焰,徐雪锋,徐利刚. 船舶力学. 2018(05)
[2]船舶设计中节能减排技术的应用[J]. 黄炼,袁秋枫,程杰. 山东工业技术. 2018(08)
[3]航行船舶安全会遇距离[J]. 刘虎,张仲明. 水运管理. 2015(10)
[4]基于径向基函数插值的船体曲面修改方法研究[J]. 沈通,冯佰威,刘祖源,常海超. 中国造船. 2013(04)
[5]船舶设计节能减排技术策略[J]. 郝金凤,强兆新,石俊令,索双武,肖丽娜. 舰船科学技术. 2012(09)
[6]基于数值水池的潜艇横摇运动仿真[J]. 寇冠元,殷洪,林兆伟,郭传海. 舰船科学技术. 2012(03)
[7]基于设计空间探索的型线自动优化[J]. 梁军,许劲松,谢杰,杨小玉. 船舶力学. 2010(07)
[8]基于CFD的船型优化设计研究进展综述[J]. 赵峰,李胜忠,杨磊,刘卉. 船舶力学. 2010(07)
[9]数值水池及其在船舶与海洋工程中的应用[J]. 朱仁传,缪国平,向红贵,林兆伟. 上海造船. 2007(04)
[10]船舶在桥区安全航行可靠性分析[J]. 甘浪雄. 武汉理工大学学报(交通科学与工程版). 2003(04)
博士论文
[1]基于CFD方法的船舶水动力性能预报及优化[D]. 洪智超.大连理工大学 2018
[2]船桨舵相互作用的重叠网格技术数值方法研究[D]. 沈志荣.上海交通大学 2014
[3]三维数值水池及船舶操纵性水动力数值计算[D]. 廉静静.大连海事大学 2013
[4]船舶与海洋平台三维参数化总体设计方法研究[D]. 于雁云.大连理工大学 2009
[5]海洋资源价值及开发战略研究[D]. 忻海平.中国地质大学（北京） 2008
硕士论文
[1]无人水下航行器节能优化策略研究[D]. 穆旭阳.大连海事大学 2019
[2]基于完全参数化建模和CFD的船舶型线设计优化[D]. 兰林强.福州大学 2017
[3]基于CFD的中高速艇阻力及耐波性研究[D]. 邓绍权.华中科技大学 2017
[4]基于CFD的多AUV编队节能优化研究[D]. 游园.大连海事大学 2017
[5]紧密编队飞行涡流减阻机理及队形参数优化研究[D]. 刘志勇.中国科学技术大学 2016
[6]基于CFD的船型优化及节能附体研究[D]. 童骏.华中科技大学 2016
[7]内河船舶能效研究系统分析与设计[D]. 孙星.武汉理工大学 2012
[8]船舶能耗评估方法和能耗预测的研究[D]. 林荣模.集美大学 2012
[9]基于CFD的船体阻力性能优化[D]. 徐力.上海交通大学 2012
[10]船舶性能数值水池的研究及其若干应用[D]. 郭海强.上海交通大学 2009
本文编号：3697239
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