跳到主要內容

臺灣博碩士論文加值系統

(34.204.180.223) 您好!臺灣時間:2021/08/05 23:50
字體大小: 字級放大   字級縮小   預設字形  
回查詢結果 :::

詳目顯示

我願授權國圖
: 
twitterline
研究生:周文祥
研究生(外文):Wen-Shiang Chou
論文名稱:穿浪式雙體船之阻力計算與分析
論文名稱(外文):Calculation and Analysis of the Drag fora Wave Piercing Catamaran
指導教授:郭真祥郭真祥引用關係
學位類別:碩士
校院名稱:國立臺灣大學
系所名稱:工程科學及海洋工程學研究所
學門:工程學門
學類:綜合工程學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2009
畢業學年度:97
語文別:中文
論文頁數:101
中文關鍵詞:穿浪式雙體船阻力計算計算流體力學Wigley船形
外文關鍵詞:wave piercing catamaranresistance computationcomputational fluid dynamicsWigley hull form
相關次數:
  • 被引用被引用:3
  • 點閱點閱:697
  • 評分評分:
  • 下載下載:0
  • 收藏至我的研究室書目清單書目收藏:0
本研究著眼於穿浪式雙體船(Wave Piercing Catamaran,WPC)之阻力計算,以計算流體力學方法分析船體周圍流場,計算過程中使用有限體積法與結構化網格將計算空間離散,以計算穩態之船舶周圍含自由液面效應之黏性流場。
在計算穿浪式雙體船的阻力之前,先以Insel與Molland所完成的Wigley雙體船之船模試驗結果,作為計算流體力學方法的驗證。而後再計算穿浪式雙體船於不同速度下所受的阻力,並與船模試驗結果比較。另外,改變穿浪式雙體船兩船體之間距,探討穿浪式雙體船之阻力與兩船體間距之關係。
經由各計算結果與實驗結果的比較中,顯示大部分的計算趨勢與實驗皆相當吻合,但定量上卻仍有約10%左右的誤差存在。
The focus of this research is put on the resistance calculation of a wave piercing catamaran(WPC) by using the method of the computational fluid dynamics to calculate the flow field. The computational process is based on the finite volume method and the structural grid is adopted to discretize the computational domain, so that the calculation of the viscous flow around the twin-hull with free-surface effect in steady state can be carried out.
Before the resistance calculation of the wave piercing catamaran, the results from the Wigley catamaran model tests by Insel and Molland are used to validate the numerical results from our CFD method. The resistances calculated by the wave piercing catamarans at different speeds are then compared with those resulted from the ship model tests carried out at NTU towing tank. There by, the distance between the twin hulls of the WPC for examining the influence of the distance between the twin hulls on the variation of the resistance and distance.
Through comparison of calculation results and experimental results, it reveals that the trends formed by most calculations are well consistent with those formed by experimental results while the corresponding numerical deviations still appear an amount of about 10% within acceptable ranges.
誌謝 ..........Ⅰ
中文摘要 ..........Ⅱ
英文摘要 …Ⅲ
目錄…………………………………………………………………Ⅳ
圖目錄………………………………………………………………Ⅵ
表目錄………………………………………………………………Ⅹ
附圖目錄……………………………………………………………XII
第一章 緒論 1
1.1 前言 1
1.2 研究目的與方法 6
第二章 理論基礎 8
2.1 統御方程式 8
2.2 紊流模型 9
2.3 壁面函數 10
2.4 數值方法 12
2.5 船殼所受合力之計算 13
2.6 自由液面計算 13
2.7 平行運算 14
第三章 計算方法的驗證 16
3.1 實驗概述 16
3.2 Wigley雙體船計算網格之建構 19
3.3 Wigley雙體船之流場計算 24
3.4 Wigley雙體船之數值計算與實驗驗證 27
3.4.1 不考慮下沉量之阻力計算 27
3.4.2 考慮下沉量之阻力計算 38
3.5 Wigley雙體船之計算結果與討論 55
第四章 穿浪式雙體船之計算與驗證 58
4.1 實驗概述 58
4.2 穿浪式雙體船計算網格之建構 62
4.3 穿浪式雙體船之流場計算 66
4.4 穿浪式雙體船之數值計算與實驗驗證 67
4.4.1 穿浪式雙體船之計算與實驗驗證 67
4.4.2 不同間距之穿浪式雙體船阻力計算結果 74
4.5 穿浪式雙體船之計算結果與討論 84
第五章 結論 85
參考文獻 87
附圖 89

圖目錄
圖2.1 自由液面說明 14
圖2.2 64位元電腦叢集 15
圖3.1 Wigley船型之三視圖與透視圖……………………………17
圖3.2 S為兩個單船體中線之距離(右側視圖)…………………18
圖3.3 S為兩個單船體中線之距離(上視圖)…………………………18
圖3.4 為單側之數值網格…………………………………………20
圖3.5 綠色網格部份即為對稱面 20
圖3.6 以顏色來區別不同之邊界條件設定…………………………21
圖3.7 Wigley船型之船艏部分網格放大圖…………………………21
圖3.8 整體流場計算之設定範圍…………………………22
圖3.9 八個結構性網格區塊………………………………………22
圖3.10 不同網格數目之CFD計算與實驗比對………………………25
圖3.11 S/L = 0.2之計算與實驗的總阻力係數比較圖.......…29
圖3.12 S/L = 0.2, Fn = 0.3之二維水面波形圖………………29
圖3.13 S/L = 0.2, Fn = 0.4之二維水面波形圖………………30
圖3.14 S/L = 0.2, Fn = 0.5之二維水面波形圖………………30
圖3.15 S/L = 0.2, Fn = 0.6之二維水面波形圖……………31
圖3.16 S/L = 0.2, Fn = 0.7之二維水面波形圖………………31
圖3.17 S/L = 0.3之計算與實驗之總阻力係數比較圖…………33
圖3.18 S/L = 0.3, Fn = 0.3之二維水面波形圖………………34
圖3.19 S/L = 0.3, Fn = 0.4之二維水面波形圖………………34
圖3.20 S/L = 0.3, Fn = 0.5之二維水面波形圖………………35
圖3.21 S/L = 0.3, Fn = 0.6之二維水面波形圖………………35
圖3.22 S/L = 0.3, Fn = 0.7之二維水面波形圖………………36
圖3.23 S/L = 0.3, Fn = 0.8之二維水面波形圖………………36
圖3.24 S/L = 0.3, Fn = 0.886之二維水面波形圖……………37
圖3.25 S/L=0.2之計算與實驗的Ct比較圖(考慮下沉量)………42
圖3.26 S/L=0.2,Fn=0.3之二維水面波形圖(考慮下沉量)……42
圖3.27 S/L=0.2,Fn=0.4之二維水面波形圖(考慮下沉量)………43
圖3.28 S/L=0.2,Fn=0.5之二維水面波形圖(考慮下沉量)………43
圖3.29 S/L=0.2,Fn=0.6之二維水面波形圖(考慮下沉量)………44
圖3.30 S/L=0.2,Fn=0.7之二維水面波形圖(考慮下沉量)………44
圖3.31 S/L=0.3之計算與實驗的Ct比較圖(考慮下沉量)………50
圖3.32 S/L=0.3, Fn=0.3之二維水面波形圖(考慮下沉量)……51
圖3.33 S/L=0.3, Fn=0.4之二維水面波形圖(考慮下沉量)……51
圖3.34 S/L=0.3, Fn=0.5之二維水面波形圖(考慮下沉量)……52
圖3.35 S/L=0.3, Fn=0.6之二維水面波形圖(考慮下沉量)……52
圖3.36 S/L=0.3, Fn=0.7之二維水面波形圖(考慮下沉量)……53
圖3.37 S/L=0.3, Fn=0.8之二維水面波形圖(考慮下沉量)……53
圖3.38 S/L=0.3, Fn=0.886之二維水面波形圖(考慮下沉量)…54
圖3.39 不同間距之阻力比較值……………………..……………57
圖4.1 船模幾何外型(船艏)………………………………………59
圖4.2 船模幾何外型(船艉)………………………………………60
圖4.3 船模在相對於實船速度35節之實驗水面波形……………60
圖4.4 船模在相對於實船速度40節之實驗水面波形……………60
圖4.5 WPC單側之數值網格………………………………………63
圖4.6 綠色網格部份即為對稱面…………………………………63
圖4.7 以顏色來區別不同之邊界條件設定………………………64
圖4.8 WPC之船艏部分網格放大圖…………………………...…64
圖4.9 WPC之船艉部分網格放大圖………………………………65
圖4.10 整體流場計算之設定範圍…………………………………65
圖4.11 Rp、Rf與Rt隨船速增量的趨勢……………..…………68
圖4.12 Fn=0.443(船速20節)之二維水面波形圖.............68
圖4.13 Fn=0.554(船速25節)之二維水面波形圖..............69
圖4.14 Fn=0.664(船速30節)之二維水面波形圖..............69
圖4.15 Fn=0.775(船速35節)之二維水面波形圖...............70
圖4.16 Fn=0.886(船速40節)之二維水面波形圖............70
圖4.17 WPC之計算與實驗船舶總阻力係數之比較…………72
圖4.18 WPC017與WPC015之二維水面波形比較圖………………75
圖4.19 WPC017與WPC016之二維水面波形比較圖………….……76
圖4.20 WPC017與WPC018之二維水面波形比較圖………………76
圖4.21 WPC017與WPC019之二維水面波形比較圖………………77
圖4.22 Wigley017與Wigley015之二維水面波形比較圖…………79
圖4.23 Wigley017與Wigley016之二維水面波形比較圖…………79
圖4.24 Wigley017與Wigley018之二維水面波形比較圖…………80
圖4.25 Wigley017與Wigley019之二維水面波形比較圖…………80
圖4.26 WPC015、016與017之縱剖面波形圖(Wave Cut)…………82
圖4.27 WPC017、018與019之縱剖面波形圖(Wave Cut)…………82
圖4.28 Wigley015、016與017之縱剖面波形圖(Wave Cut).....83
圖4.29 Wigley017、018與019之縱剖面波形圖(Wave Cut)……83
圖4.30 穿浪甲板之位置……………………...…………………84

表目錄
表2.1 MBSL k-ω紊流模型中的經驗係數值 10
表2.2 個人電腦叢集之硬體設備 ..15
表3.1 Wigley船模詳細資料……………………………….…..16
表3.2 計算船型網格劃分表……………………………….…..…23
表3.3 不同網格數目之CFD計算與實驗誤差………………..…..24
表3.4 S/L=0.2之計算阻力值…………………..……………………27表3.5 S/L=0.2之計算總阻力係數與文獻[5]實驗的比較…………28表3.6 S/L=0.3之計算阻力值…………………………………...…32表3.7 S/L = 0.3之計算總阻力係數與文獻[5]實驗之比較.……..32表3.8 S/L=0.2在各速度下所對應的下沉量[5]與浸水表面積...38 表3.9 S/L=0.2之計算阻力值……………………………………….39表3.10(a) S/L=0.2之計算壓差阻力值比較………………………..40表3.10(b) S/L=0.2之計算摩擦阻力值比較……………………..….40表3.10(c) S/L=0.2之計算總阻力值比較…………………………..40表3.11 S/L=0.2之計算總阻力係數與文獻[5]實驗之比較…………41表3.12 S/L=0.3在各速度下所對應的下沉量[5]與浸水表面積……45表3.13 S/L=0.3之計算阻力值……………………...............46表3.14(a) S/L=0.3之計算壓差阻力值比較…..…………………….47表3.14(b) S/L=0.3之計算摩擦阻力值比較…..………………….…47表3.14(c) S/L=0.3之計算總阻力值比較…..………………….…..48表3.15 S/L=0.3之計算總阻力係數與文獻[5]實驗之比較…......49表3.16 Wigley雙體船在各速度時的阻力值(考慮下沉量)………55 表4.1 穿浪式雙體船之主要尺寸(船模比例λ=21)……………….58表4.2 穿浪式雙體船之船模試驗速度範圍…………………………59表4.3 船模試驗之結果……………………………………………..61表4.4 穿浪式雙體船在不同速度時之阻力計算結果………………67表4.5 計算與實驗之阻力值比較……………………………………71表4.6 計算與實驗之船舶總阻力係數比較…………………………71表4.7 穿浪式雙體船在不同間距時之阻力計算結果(Vs=40Knots)75表4.8 Wigley雙體船在不同間距時之阻力計算結果(Vs=40Knots)78

附圖目錄
附圖1 WPC015之二維水面波形圖 89
附圖2 WPC016之二維水面波形圖 89
附圖3 WPC017之二維水面波形圖 90
附圖4 WPC018之二維水面波形圖 90
附圖5 WPC019之二維水面波形圖 91
附圖6 WPC017之三維水面波形圖 91
附圖7 WPC017之流線追跡(從船艏看) 92
附圖8 WPC017之流線追跡(從船艉看) 92
附圖9 WPC017之三維流線圖(從外側看) 93
附圖10 WPC017之三維流線圖(從內側看) 93
附圖11 WPC017之三維流線圖(從左側視圖看) 94
附圖12 Wigley015之二維水面波形圖 94
附圖13 Wigley016之二維水面波形圖 95
附圖14 Wigley017之二維水面波形圖 95
附圖15 Wigley018之二維水面波形圖 96
附圖16 Wigley019之二維水面波形圖 96
附圖17 WPC015與017之縱剖面波形圖(Wave Cut) 97
附圖18 WPC016與017之縱剖面波形圖(Wave Cut) 97
附圖19 WPC017與018之縱剖面波形圖(Wave Cut) 98
附圖20 WPC017與019之縱剖面波形圖(Wave Cut) 98
附圖21 WPC015、16、17、18與19之縱剖面波形圖(Wave Cut) 99
附圖22 Wigley015與017之縱剖面波形圖(Wave Cut) 99
附圖23 Wigley016與017之縱剖面波形圖(Wave Cut) 100
附圖24 Wigley017與018之縱剖面波形圖(Wave Cut) 100
附圖25 Wigley017與019之縱剖面波形圖(Wave Cut) 101
附圖26 Wigley015、16、17、18與19之縱剖面波形圖(Wave Cut)101
1.李培勇、裘泳銘、顧敏童、王文富, “三體船阻力模型試驗”, 上海交 通大學船舶與海洋工程學院, 43卷 第4期, 2002.
2.孫曄飛, “高速雙體船:未來海戰的新寵兒”, 軍事文摘雜誌社, 第11期, 2005.
3.方志中、呂崇湧, “穿浪型雙體船波浪中運動性能之研究”, 第十一屆中國造船暨輪機工程研討會, 1998.
4.詹啟精、謝曜安、鄭榮貴、張旭勇、張國仁, “適航於台灣海域的雙體高速汽車渡輪設計研究”, 第十四屆中國造船暨輪機工程研討會, 2001.
5.M. Insel and A.F. Molland, "An investigation into the resistance components of high speed displacement catamarans". The Royal Institution of Naval Architects, 1991.
6.N. Sakamoto, R.V. Wilson and F. Stern, ”Reynolds-Averaged Navier-Stokes Simulations for High-Speed Wigley Hull in Deep and Shallow Water”, Jourmal of Ship Research, Vol. 51, No. 3, September 2007, pp.187-203.
7.郭真祥、 柯俊賢, “任意高階小板法於船舶興波阻力計算之應用”, 國立台灣大學工程科學及海洋工程研究所, 1998.
8.COMET Version 2.00 User Manual, ICCM, Germany, 2001.
9.F.R. Menter, “Two-Equation Eddy-Viscosity Turbulence Models for Engineering Application”, AIAA Journal, vol.32(8), 1994, pp1598-1604.
10.S.W. Chau, “Numerical Investigation of Free-Stream Rudder Characteristics Using a Multi-Block Finite Volume Method”, Bericht Nr.580, IfS der Uni., Hamburg, 1997.
11.S.V. Pantankar, “Numerical Heat Transfer and Fluid Flow”, Hemisphere, 1980.
12.薛尊仁, “高速雙體船之船型與阻力探討”, 第十一屆中國造船暨輪機工程研討會, 1998.
13.扶正, “滑航型雙體船基本性能探討”, 第十一屆中國造船暨輪機工程研討會, 1998.
14.Tecplot User’s Manual, Version 8.0, Tecplot, Inc.
15.FIELDVIEW REFERENCE MANUAL, Version 12, Intelligent Light, USA, 2007.
16.Robert McNeel & Associates,“Rhinoceros 3.0版使用者手冊”
QRCODE
 
 
 
 
 
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                               
第一頁 上一頁 下一頁 最後一頁 top