摘 要

本船为13000吨的近海散货船，主要用来运输煤。其在设计上满足各种要求，在型线设计中考虑多种因素。这艘船是载重型船舶，在确定主尺度时，载重量是重要的考虑因素。

船体的型线与船舶性能、经济性是密切相关的。它也关系到船舶的静力、动力性能、船舶航行速度、船舶总体布置、船舶的结构与船舶建造时的工艺等。在船舶设计的初始阶段就要对型线设计这样的问题有所思考。

为了预报粘性流中船舶操纵运动线性水动力导数,本文利用GAMBIT作前处理，生成模型及计算域的网格，再利用FLUENT求解器求解RANS方程，对船舶的水动力导数进行数值计算。本文计算的是船舶斜航的运动状态，可以求出水动力及力矩，并对其用最小二乘法进行曲线的拟合，进一步可以得到操纵运动的水动力导数，数值计算结果与理论估算值大致是吻合的。船舶操纵在当今形势下显得越来越重要，成为船舶设计中不可或缺的一部分。本船主要用来运输煤，航行于青岛港与上海港之间，可以缓解这个航线间的运输压力。

关键词：船舶主要要素；船舶型线设计；船舶操纵；水动力导数；FLUENT

Abstract

The ship, which is 13000 tons of bulk cargo ships, is mainly used to transport coal. The ship is designed to meet all kinds of requirements, considering various factors in the design of the line. This ship is a heavy duty ship, in the determination of the main scale, the weight is an important consideration.

Hull form lines is related to ship performance and economy. It influences ship hydrostatics and dynamics performance, speed, general arrangement, structure design, production technology. Designer consider to design lines in the design preliminary stage.

In order to predict the linear hydrodynamic derivatives of ship maneuvering motions in viscous flows, the thesis used GAMBIT for preprocessing to form calculation model and mesh the calculation zone, then RANS Equations was solved by FLUENT and hydrodynamic derivatives is calculated. Ship maneuvering motions of the different heading angles are considered. Hydrodynamic forces and moments acting on a maneuvering ship are obtained. Thus linear hydrodynamic derivatives of the ship maneuvering motions are calculated by least square curve fitting. Numerical calculation results accorded with the theory values very well^[1]. Shiphandling in today's situation is increasingly important become ship design is an integral part of. This ship is mainly used to transport coal, sailing between Qingdao port and Shanghai port, can ease the transport pressure between the route.

Key Words: ship principal particular; ship lines design; ship maneuverability; hydrodynamic derivatives; FLUENT

目 录

摘 要 I

Abstract II

第1章 绪论 2

1.1 课题研究背景 2

1.2 研究的目的和意义 2

1.3 本文的主要工作 2

第2章 任务书分析和全船说明书 3

2.1 设计船舶的特点 3

2.2 设计中应解决的中心问题 3

2.3 设计方法 3

2.4 设计思想 3

2.5 概述 6

2.5.1 用途 6

2.5.2 船型 6

2.5.3 航区 6

2.5.4 规范、规则 6

2.6 总体性能 6

2.6.1 主尺度 6

2.6.2 甲板间高 7

2.6.3 定员 7

2.6.4 性能 7

2.7 主要设备及其参数 8

第3章 船舶主要要素确定 9

3.1 船舶主尺度确定 9

3.1.1 母型船资料 9

3.1.2 选取载重量系数 9

3.1.3 排水量粗略估算 10

3.1.4 初步拟定主尺度 10

3.1.5 排水量初步估算 12

3.1.6 初步拟定主尺度 12

3.1.7 初步估算主机功率 13

3.2 空船重量估算 13

3.2.1 钢料重量估算 13

3.2.2 舾装重量估算 13

3.2.3 机电设备的重量估算 13

3.2.4 空船重量 14

3.2.5 排水量裕度 14

3.2.6 总重量 14

3.3 重力与浮力平衡 14

3.3.1 诺曼系数法修改主尺度 14

3.3.2 重新计算校核 14

3.3.3 主机选型 15

3.4 载货量计算 15

3.4.1 燃油重量 15

3.4.2 炉水重量 15

3.4.3 滑油重量 15

3.4.4 食品及淡水 16

3.4.5 人员及行李 16

3.4.6 备品、供应品重量 16

3.4.7 载货量 16

3.5 货舱舱容校核 16

3.5.1 所需要的货舱容积 16

3.5.2 能提供的货舱容积 16

3.5.3 货舱容积校核 17

3.6 稳性校核 17

3.6.1 初稳性高 17

3.6.2 横摇周期 17

3.7 航速校核 17

3.8 小结 19

第4章 型线设计 20

4.1 绘制母型船无因次横剖面面积曲线 20

4.2 设计船棱形系数和中剖面系数、浮心纵向位置的选择 21

4.2.1 中剖面系数和棱形系数的选择 21

4.2.2 浮心纵向位置的选择 22

4.3 横剖面面积曲线形状的选择 24

4.3.1 平行中体长度和位置 24

4.3.2 最大横剖面位置 24

4.3.3 横剖面面积曲线的形状 24

4.4 设计船横剖面面积曲线的生成 24

4.4.1 作图法修改母型船横剖面面积曲线（修改） 24

4.4.2 校核设计船横剖面面积曲线 26

4.4.3 迁移法修改设计船浮心纵向位置 26

4.4.4 校核设计船横剖面面积曲线 27

4.5 绘制型线图 28

4.5.1 绘制甲板边线和首尾轮廓线 28

4.5.2 绘横剖线图 31

4.5.3 绘制半宽水线图 32

4.5.4 绘制纵剖线图 32

4.5.5 型线光顺 32

第5章 三维建模和静水力计算 34

5.1 软件介绍 34

5.2 建模步骤 34

5.2.1 导入型线点 34

5.2.2 型线点连接 35

5.2.3 建立曲面得到三维模型 36

5.3 将三维模型导入MAXSURF软件，进行参数校核 38

5.4 误差分析 38

5.5 绘制静水力曲线 40

5.6 绘制邦戎曲线 40

5.7 绘制稳性横截曲线 41

第6章 斜航水动力导数计算 42

6.1 斜航的计算域及边界条件 42

6.2 斜航的计算工况 42

6.3 网格划分 42

6.4 斜航计算结果及分析 44

6.4.1 计算水动力导数 45

6.4.2 流动特征 48

第7章 总结与展望 52

7.1 总结 52

7.2 展望 52

参考文献 53

致 谢 54

第1章 绪论

1.1 课题研究背景

本船以运输煤炭为主，主要是考虑到我国的煤炭资源分布是不均衡的，北部和西部地区偏多。所以就有了“西煤东运”和“北煤南运”两种运输方式。随着我国经济的发展，煤炭资源需求量越来越大，尤其是华东等经济发达地区对煤炭具有较高的依赖性。“西煤东运”主要是将中西部煤炭通过铁路运至东部地区，“北煤南运”则包括铁路和海上运输将北方的煤炭运往南方，其中海上运输占主要地位。煤炭海上运输的主要工具是散货船。

散货船主要指用于运输散装干货的船舶，是三大主流船型之一。在国际金融危机的影响下，船舶整体遇到了寒流，但中小型近海散货船市场受冲击较小，需求还比较旺盛。散货船已成为煤炭海上运输的主力军。随着我国经济的发展，用于煤炭运输的散货船仍具有一定的发展前景。本课题将对13000吨近海散货船进行研究。

1.2 研究的目的和意义

首先，青岛港经济腹地内矿产资源丰富，其前港公司主要从事矿石、煤炭两大货种装卸作业，是中国主要矿石进口口岸和北煤南运及外贸煤炭出口的重要通道。其次，江苏、浙江、安徽和江西四省是上海港及其相邻港口交叉的腹地，而且上海市处于我国南北的中部，横跨东、中、西部三个地带，是我国经济发达的地区。上海港经济腹地工业发达，煤炭资源需求量大，但是其矿藏资源少。所以，研究以青岛港前湾港区到上海港朱家门港区为航线运载煤炭的散货船具有重要的现实意义。