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1、目录目录 第一章第一章 绪论绪论 3 31.1 概述 3 1.2 渡船的发展前景 3 1.3 渡船发展存在的问题 4 1.4 FLUENT概述 .4 1.5 FLUENT特点 .5 1.6 网格技术，数值技术，并行计算 6 1.7 FLUENT的湍流模型 .6 1.8 动态和移动网格 6 1.9 传热、相变、辐射模型 7 1.10 化学反应模型 .7 1.11 多相流模型 .8 1.12 前处理和后处理 .8 1.13 定制工具 .8第二章第二章 总体方案构思与主尺度的选择总体方案构思与主尺度的选择 10102.1 概述 .10 2.2 船舶主要要素的确定 .10 2.3 船型主尺度与船型系数
2、的分析选择 .10 2.4 船长 L 的选择 .10 2.5 船宽 B 的选择 .10 2.6 型深 D 11 2.7 吃水D11 2.8 本章小结 .11第三章第三章 阻力计算阻力计算 12123.1 艾亚法概述 .12 3.2 艾亚法的基本思想 .12 3.3 艾亚法的适用范围： .12 3.4 艾亚法计算阻力步骤 .13 3.5 艾亚法有效马力估算过程 .13 3.6 艾亚法的不足之处 .15第四章第四章 螺旋桨设计螺旋桨设计 16164.1 概述 .16 4.2 设计螺旋桨时应考虑的问题 .16 4.2.1 螺旋桨的数目164.2.2 螺旋桨的直径16 4.2.3 螺旋桨的叶数16 4
3、.2.4 螺旋桨的转速17 4.3 船体主要参数 .17 4.4 主机参数 .17 4.5 推进因子的确定 .17 4.6 可以达到最大航速的计算 .18 4.7 空泡校核 .20 4.8 强度校核22 4.9 螺距修正23 4.10 重量及惯性矩的计算.24 4.10.1 螺旋桨重量 .24 4.10.2 螺旋桨惯性矩计算 .24 4.10.3 敞水性征曲线之确定 .24 4.10.4 系住特性计算 .25 4.10.5 航行特性计算 .26 4.11 本章小结 28第五章第五章 CFDCFD 软件的计算软件的计算 29295.1 计算流体力学常用数值方法 .29 5.1.1 有限差分法 2
4、9 5.1.2 有限元法 29 5.1.3 边界元法 30 5.1.4 有限体积法 30 5.1.5 有限分析法 31 5.2 运用FLUENT计算 32 5.2.1 导入模型 32 5.2.2 创建分割面32 5.2.3 移动分割面到水线面33 5.2.4 分割船体面34 5.2.5 修改网格背景 35 5.2.6 运用函数 36 5.2.7 网格的面37 5.2.8 默认设置边界层的角度38 5.2.9 修改后的网格图39 5.2.10 应用三维边界层的船体.40 5.2.11 生成三位边界分层.41 5.2.12 三维边界层角度.42 5.2.13 网格的流量.43结结 语语 4646致
5、致 谢谢 4747参考文献参考文献 4848第一章第一章 绪论绪论1.11.1 概述概述我国地域广阔、海岸线长，江河流域面积广，具有发展水上运输的优越条件而且要最大化的应用好这些有利条件来促进我们社会和经济的发展。近年以来，我国的航海事业和造船事业获得了突飞猛进的发展，长江三角区的船舶事业更是欣欣向荣，江苏省南通市一些船厂已经初具规模，上海的沪东中华和江南造船更是蓬勃发展，建立了初具规模的沿海和远洋船队，担负了国内外繁重的任务。中国在亚丁湾海域与海盗的斗争体现了我国船舶事业的发展情况。然而，我国造船工业与国外先进国家如韩国和日本，还有一些差距，并且经济的迅速发展，社会对于船舶的要求也是越来越高
6、。渡船是往返于江河渡口、海峡、岛屿之间从事短途旅客或货物运输的船舶。水路运输有其特殊的优势，在路程较远的情况下，水路运输相比公路运输和铁路运输相比更经济、更省时、更方便，而且运输量也较大。随着生活水平的提高，水运客流量较大，因此对于对江渡船有了更多的需求。客船的发展大大方便了旅客运输，促进了市场流通，提高了竞争能力，展示了水路客运的优势。客船由于受到航道、港口条件的限制以及航程、续航力、装载人员等方面的综合考虑，要求和规范比较多。市场要求造出更高规格、更方便更实用的渡船来满足其不断扩大的需要。1.21.2 渡船的发展前景渡船的发展前景载运旅客、车辆度过江河、湖泊、海峡的船。有旅客渡船、列车渡船
7、、汽车渡船和新型的铁路联络船。旅客渡船一般用于运送旅客及其随身携带的物品，有的同时运送非机动车和小型机动车辆，设有坐席。列车渡船专用运送列车，它的甲板呈长方形，上铺轨道。船的首位形状相同，列车可以从两端进出。船的两端都有舵和推进器，航行时不需要调头。列车上下渡船要经过栈桥。在较宽的海峡上摆渡的列车渡船要有较好的耐波性，因而首位与常规船相似，列车从船尾端上下渡船。20世纪 50 年代以来，由于连接铁路的大跨度桥梁和水下铁路隧道的大量出现，列车渡船逐渐被淘汰，所留者为数不多。汽车渡船用于运送汽车，有端靠式和侧靠式两种，前者首尾相同，甲板呈长方形，两端设有吊架和带铰链的跳板，汽车通过跳板上下渡船，后
8、者船比较宽大，汽车可通过码头上的跳板从两侧上下渡船。铁路联络船由日本于 1964 年在传统的列车渡船的基础上研制出来，是在与列车的旅客渡过海峡的多用途船。船有常规海船的首位，船的下层铺有轨道，用于停放列车，列车由船尾上下船。船上有上层建筑，可供旅客和列车乘务员在数小时的渡海航程中活动或休息。1983 年在瑞典特雷勒堡到德国萨斯尼茨的传统渡船航线上，也开始采用这种新型渡船。1.31.3 渡船发展存在的问题渡船发展存在的问题中国车客渡船产业发展出现的问题中，许多情况不容乐观，如产业结构不合理、产业集中于劳动力密集型产品；技术密集型产品明显落后于发达工业国家；生产要素决定性作用正在削弱；产业能源消耗
9、大、产出率低、环境污染严重、对自然资源破坏力大；企业总体规模偏小、技术创新能力薄弱、管理水平落后等。 从什么角度分析中国车客渡船产业的发展状况？以什么方式评价中国车客渡船产业的发展程度？中国车客渡船产业的发展定位和前景是什么？中国车客渡船产业发展与当前经济热点问题关联度如何 诸如此类，都是车客渡船产业发展必须面对和解决的问题 中国车客渡船产业发展已到了岔口；中国车客渡船产业生产企业急需选择发展方向。 中国车客渡船产业发展研究报告阐述了世界车客渡船产业的发展历程，分析了中国车客渡船产业发展现状与差距，开创性地提出了“新型车客渡船产业 ” 及替代品产业概念，在此基础上，从四个维度即 “以人为本”、
10、“科技创新”、“环境友好”和“面向未来”准确地界定了 “新型车客渡船产业 ” 及替代产品的内涵。根据“新型车客渡船产业 ” 及替代品的评价体系和量化指标体系，从全新的角度对中国车客渡船产业发展进行了推演和精准预测，在此基础上，对中国的行政区划和四大都市圈的车客渡船产业发展进行了全面的研究。1.41.4 FluentFluent 概述概述世界计算流体动力学软件与服务领域领先的 Fluent 公司发布的 CFD 软件最新版本，用来模拟从不可压缩到高度可压缩范围内的复杂流动，在流体建模中广泛的被应用。v6.3 版拥有 300 个新功能以扩充 CFD 软件在所有工业领域的应用范围。Fluent 是通用
11、的 CFD 软件，用来模拟从不可压缩到高度可压缩范围内的复杂流动。由于采用了多种求解方法和多重网格加速收敛技术，因而 FLUENT 能达到最佳的收敛速度和求解精度。灵活的非结构化网格和基于解算的自适应网格技术及成熟的物理模型，使 FLUENT 在层流、转捩和湍流、传热、化学反应、多相流、多孔介质等方面有广泛应用。想起 CFD，人们总会想起 FLUENT，丰富的物理模型使其应用广泛，从机翼空气流动到熔炉燃烧，从鼓泡塔到玻璃制造，从血液流动到半导体生产，从洁净室到污水处理工厂的设计，另外软件强大的模拟能力还扩展了在旋转机械，气动噪声，内燃机和多相流系统等领域的应用。今天，全球数以千计的公司得益于
12、FLUENT 的这一工程设计与分析软件，它在多物理场方面的模拟能力使其应用范围非常广泛，是目前功能最全的 CFD 软件。FLUENT 因其用户界面友好，算法健壮，新用户容易上手等优点一直在用户中有着良好的口碑。长期以来，功能强大的模块，易用性和专业的技术支持所有这些因素使得 FLUENT 受到企业的青睐。1.51.5 FluentFluent 特点特点1FLUENT 软件采用基于完全非结构化网格的有限体积法，而且具有基于网格节点和网格单元的梯度算法；运用定常/非定常流动模拟，而且新增快速非定常模拟功能。2 FLUENT 软件中的动/变形网格技术主要解决边界运动的问题，用户只需指定初始网格和运动
13、壁面的边界条件，余下的网格变化完全由解算器自动生 成。网格变形方式有三种：弹簧压缩式、动态铺层式以及局部网格重生式。其局部网格重生式是FLUENT 所独有的，而且用途广泛，可用于非结构网格、变形较大问题以及物体运动规律事先不知道而完全由流动所产生的力所决定的问题；4 FLUENT 软件具有强大的网格支持能力，支持界面不连续的网格、混合网格、动/变形网格以及滑动网格等。值得强调的是，FLUENT 软件还拥有多种基于解的网格的自适应、动态自适应技术以及动网格与网格动态自适应相结合的技术；5 FLUENT 软件包含三种算法：非耦合隐式算法、耦合显式算法、耦合隐式算法，是商用软件中最多的；并且包含丰富
14、而先进的物理模型，使得用户能够精确地模拟无粘流、层流、湍流。湍流模型包含 Spalart-Allmaras 模型、k- 模型组、k- 模型组、雷诺应力模型(RSM)组、大涡模拟模型(LES)组以及最新的分离涡模拟(DES)和 V2F 模型等。另外用户还可以定制或添加自己的湍流模型， 适用于牛顿流体、非牛顿流体；含有强制/自然/混合对流的热传导，固体/流体的热传导、辐射，化学组份的混合/反应。6 惯性或非惯性坐标系，复数基准坐标系及滑移网格；动静翼相互作用模型化后的接续界面；基于精细流场解算的预测流体噪声的声学模型；质量、动量、热、化学组份的体积源项；丰富的物性参数的数据库；磁流体模块主要模拟电
15、磁场和导电流体之间的相互作用问题；连续纤维模块主要模拟纤维和气体流动之间的动量、质量以及热的交换问题；7 高效率的并行计算功能，提供多种自动/手动分区算法；内置 MPI 并行机制大幅度提高并行效率。另外，FLUENT 特有动态负载平衡功能，确保全局高效并行计算；8FLUENT 软件提供了友好的用户界面，并为用户提供了二次开发接口（UDF） ；9 FLUENT 软件采用 C/C+语言编写，从而大大提高了对计算机内存的利用率。1 1. .6 6 网格技术，数值技术，并行计算网格技术，数值技术，并行计算计算网格是任何 CFD 计算的核心，它通常把计算域划分为几千甚至几百万个单元，在单元上计算并存储求
16、解变量，FLUENT 使用非结构化网格技术，这就意味着可以有各种各样的网格单元：二维的四边形和三角形单元，三维的四面体核心单元、六面体核心单元、棱柱和多面体单元。这些网格可以使用 FLUENT 的前处理软件 GAMBIT 自动生成，也可以选择在 ICEM CFD 工具中生成。在目前的 CFD 市场， FLUENT 以其在非结构网格的基础上提供丰富物理模型而著称，久经考验的数值算法和鲁棒性极好的求解器保证了计算结果的精度，新的 NITA 算法大大减少了求解瞬态问题的所需时间，成熟的并行计算能力适用于 NT，Linux 或 Unix 平台，而且既适用单机的多处理器又适用网络联接的多台机器。动态加载平衡功能自动监测并分析并行性能，通过调整各处理器间的网格分配平衡各 CPU 的计算负载。1.71.7 FluentFluent 的湍流模型的湍流模型FLUENT 的湍流模型一直处于商业 CFD 软件的前沿，它提供的丰富的湍流模型中有经常使用到的湍流模型、针对强旋流和各相异性流的雷诺应力模型等，随着计算机能力的显著提高，FLUEN
