拖网渔船的快速性设计【毕业设计】.doc

1、浙江海洋学院本科毕业论文 目录 本科 毕业论文 (设计 ) 题 目： 拖网渔船的快速性设计 学 院： 学生姓名： 专 业： 船舶与海洋工程 班 级： 指导教师： 起 止 日期： 浙江海洋学院本科毕业论文 目录 目 录 摘 要 .1 1 前言 .3 1.1 课题的目的与意义 .3 1.2 世界渔船的发展概况 .4 1.2.1 渔船简介 .4 1.2.2 渔船发展的适应性调整 .5 1.2.3 渔船捕捞技术的新发展 .9 1.3 CFD 研究 . 10 1.3.1 计算流体动力学 概述 . 10 1.3.2 船舶 CFD 水动力性能研究概述 . 11 1.4 FLUENT 的简介 . 12 1.4

2、.1 程序结构： . 13 1.4.2 FLUENT 程序可以求解的问题 . 14 1.5 本设计的主要研究内容 . 15 2. 基本理论 . 16 2.1 FLUENT 基本思路 . 16 2 2 FLUENT 分析流程 . 17 2. 3 边界条件 . 18 2.4 SIMPLE 算法 . 19 2. 5 网格生成技术 . 20 3 拖网渔船实船数值模拟 . 22 3.1 引言： . 22 3.2 计算模型与坐标系 . 23 3.3 计算域 .- 28 - 3.4 网格划分 .- 28 - 3.5 边界条件 .- 31 - 3.6 模型设定 .- 32 - 3.7 求解设定与计算 .- 3

3、2 - 3.8 计算结果与分析 .- 36 - 4.总结： .- 43 - 参考文献 .- 44 - 英文翻译 . 错误 !未定义书签。 1.About CFD . 错误 !未定义书签。 2.Ship resistance. 错误 !未定义书签。 3.Propellers. 错误 !未定义书签。 译文 . 错误 !未定义书签。 1.关于 CFD . 错误 !未定义书签。 2.关于船舶阻力 . 错误 !未定义书签。 3.船舶推进 . 错误 !未定义书签。 致谢 .- 45 - 浙江海洋学院本科毕业论文 摘要 1 拖网渔船的快速性设计 摘 要 在造船产业中，船舶的性能永远是船东最关注的，其中快速性

4、显得尤为突出，如果对船体的线型进行优化，将可以有效的减少船舶在航行中的阻力，这样不仅节省了燃油，也提高了货运效率。 本设计采 用目前广泛应用的商业计算流体力学通用软件 FLUENT来建拖网渔船的船体模型并且划分网格，并用 FLUEN 计算在不同航速下船舶的阻力，结果反映了商业计算流体力学软件 FLUENT 在计算船舶阻力方面具有很好的可行性，能计算出不同船速下的船舶阻力，为船舶的船型优化和设计提供很大的帮助。 关键词 仿真计算； GAMBIT； FLUENT；数值模拟；船舶阻力 浙江海洋学院本科毕业论文 摘要 2 Resistance Computation of a Trawler Base

5、d AbstractShip performance is the most important that ship-owners concerned, especially, the fastness still comes to the first place .Therefore, if molded lines are optimized, it can reduce the resistance of the ship when sails in the water . The software FLUENT which is used widely in the hydrodyna

6、mics calculation is adopted to set up the fishers model and define the grid. FLUENT is used to simulate the resistance of different speed. It can be found that the numerical results are in accord with speed test, especially in low speed range. It shows the software FLUENT is good at calculating ship

7、 resistance. It is also very useful for the ships hull optimizing and designing. Key Words Emulation; GAMBIT; FLUENT; numerical simulation; ship resistance 浙江海洋学院本科毕业论文 正文 3 1 前言 1.1 课题的目的与意 义 船舶是一个对国民经济发展及实现现代化具有十分重要意义的工程领域。 造船作为一个劳动力密集型产业，在当今社会中的地位，相当重要，不仅与水上运输、渔业等息息相关，与钢铁产业更是密不可分。其中， 渔船在渔业方面作出 了

8、很大的贡献，为国家和渔民带来了很大的经济效益。 改革开放来。我国渔船的发 展十分迅速，是船舶中发展较快的船型。 近年来， 随着 船舶产业的 不断 发展，以及原油价格的不断上涨，为了确保经济效益，渔船的性能的研究显得越来越迫切 。 对于我们学校所处的舟山地区来说，舟山渔场是我国的著名渔场。一直以来渔业捕捞是大多数人从 事的行业，人们以海为生，以渔为生，渔船是从事渔业生产的一种必备工具。因此对渔船的设计建造的研究，优化渔船性能，使设计的产品达到最合理状态，对提高其安全性和经济效益具有比较重要的意义 。 我国造船业已跻身国际市场 ,市场竞争日趋激烈 ,船东的要求也越来高 ,不仅要求有低廉的船价 ,而

9、且对所订购的船舶要求有优良的性能 “为了夺得更多的标书 ,各船厂根据船东的要求往往希望在已定的某些主尺度要素及主机功率情况下 ,能迅速提供出性能优良的船舶线型 ,并预报出具有竞争力的航速 ,因为航速同能耗指标是休戚相关的 ,这就对船舶研究及设计部门提出 了更高的要求 “通过我们多年来的试验研究工作 ,发现在同样的主要尺度要素及主机功率情况下 ,由于选用了不同的船形 ,其船舶性能及航速会有很大差异 ,航速有时相差几乎近 1.0km,或在相同的航速下可使主机功率下降达 20%， 这就说明如果船形较优良 ,在不采用其它附加节能装置的情况下同样能取得很好的节能效果 ,并且节能效果还是很显著的 。 船体

10、线型的优劣直接影响船舶的快速性 (阻力、推进性能 )， 尤其在渔船的阻力性能方面，研究渔船航行中的阻力问题不仅在节能技术上能做出巨大贡献，还对改善其快速性具有重大作用。长期以来，渔船的水动力性能 研究和设计主要依赖于模型试验，从而投入了大量经费制造船模进行拖曳阻力试验。随着计算机的硬件和软件条件的不断提高，数值模拟方法成为了试验研究的主要辅助手段。经过多年的发展，关于渔船水动力研究的手段和方法越来越多，研究的内容越来越深入，对渔船节能和快速性的贡献也是越来越突出。 目前，对于船舶阻力性能的研究有三种方法：理论方法、试验方法和数值模拟。理论方法是利用流体力学的基本理论和数学工具来研究船舶阻力问题

11、。由于在简化分析时需要引进一些近似假定，与实际情况有一定出入，所以未被普遍用到船舶设计和制造中去。试验方法分 为船模试验和实船试验。通过一定缩尺比的船模在船模试验水池中运动来模拟实船运动，观察船体周围的流动情况、测量有关试验数据、讨论有关机理等的试验方法是船模试验。实船试验的目的是为了鉴定船舶的各种性能是否达到设计要求，并验证船模试验的准确性。然而，因为实验常受到模型尺寸、流场扰动、人身安全和测量精度诸多因素的影响，所以通过试验方法获得结果并不容易。此外，实验还面临经费投入多，人力、物力耗费大，实验周期长等很多问题。数值模拟是以计算机为手段，通过数值计算和图形显示来模拟船舶各种性能。浙江海洋学

12、院本科毕业论文 正文 4 借助于 CFD 进行船舶快速性研究可 以直接得到船体的阻力系数、船尾伴流场的速度和压力分布。随着数值模拟的不断完善，对船体周围流动模拟的不断细化和流动理论研究的不断深入，数值模拟将会在船舶阻力研究中发挥越来越大的作用。 本文就是通过常用的流体计算软件 FLUENT 对拖网渔船进行数值模拟和计算，并讨论网格划分、边界设定、计算过程控制方程以及船体型线等方面对结果的影响。为拖网渔船的水动力性能研究提供参考意见，使得 CFD 技术在船舶性能研究中的运用得到发展，最大程度上取代模型试验。 1.2 世界渔船的发展概况 1.2.1 渔船简介 长期以来，我国的作业渔船 主要都是以拖

13、网渔船为主。 拖网渔船作为渔船中最普遍的一种船型，它的捕捞原理是通过渔船拖曳囊袋形网具，迫使捕捞对象进入网内的捕捞作业方式。正因其能够主动、灵活地拖捕鱼群的特点，使拖网捕捞成为近现代最重要的捕捞方式之一 。拖网渔船主要用于海洋，当然内陆水域也有应用。其捕捞对象以底层和近底层鱼、虾和软体动物为主，如海洋中的带鱼、马面鲀、大黄鱼、小黄鱼、乌贼、枪乌贼、鲆鲽、虾类、蟹类以及内陆水域中的青海湖裸鲤、刀鲚、银鱼、白虾等。 拖网渔船按照不同的分类方式可以分不同的种数。按照船只个数可以分为单拖渔船和双拖渔船；按照 起网和拖网方式可以分为艉拖渔船和舷拖渔船。 目前底拖资源已面临十分匮乏的局面，加上目前中日、中

14、韩、中越渔业协定的签订，对我国海洋渔业形成严重的冲击，使每年近海的捕捞量下降一半多。随着近海渔业资源的锐减和大规模渔民的转产，远洋渔业的优势越来越显现。发展远洋拖网渔船、开发新渔场势在必行 。 特别是近些年来，世界石油价格处在高位水平，直接影响到了渔船外出作业的生产成本。对于我国渔船特别是群众渔业的渔船来说，不仅没有采用经济航速，相反地经常使主机处于超转速或超负荷的运转工况下，其耗油之甚是十分惊人的。固然，渔船作业的特 殊要求在客观上有些原因，但浪费现象也是十分严重的，节油的潜力是很大的。为此，经济型的渔船必将是一个需要重要考虑的因素。 节能减排也将成为拖网渔船的一个热门话题。 通观对我国海洋

15、渔船的发展现状的观察，我们可以得出我国海洋渔船的发展将向远洋型、节能经济型、安全型、环保型、科技型等方面转变，通过同新的作业方式的结合，必将增加拖网渔船的比重，替代传统的粗放型渔船作业。远洋 拖网 渔船将是未来发展的主要船型。 1、远洋大型化 我国渔业的远洋实力较弱，所占比重较少。随着近海渔业资源的锐减和大规模渔民的转产，远洋渔业的优势越来 越显现。资料显示，我国远洋渔业船只数量 很少 ，而且吨位较小，这与我们向远洋渔业发展的目标还有差距。研制技术含量高的大型拖网渔船和适应世界不同海域的作业船是未来的要求。 2、节能经济型 不仅是发展的要求，也是经济的表现。特别是近些年来，世界石油价格处在高位

16、水平，直接影响到了渔船外出作业的生产成本。为此，经济型的渔船必将是一个需要重要考虑的因素。节油柴油机，更耐用的船体材料的应用会越来越广。 浙江海洋学院本科毕业论文 正文 5 3、环保型 加大对渔船生产生活废水废物收集处理系统的研发力度，对环境和渔民健康有利的新产品，优先推广。不得污染海洋环境，破 坏资源。 4、安全型 世界每年在扑捞中死亡人数约为 25000 人。因此，注意扑捞中人员安全的问题就必然突出。我国沿海最近几年也有多起 10 人以上的事故发生。结合渔船事故的发生，加大渔船预防碰撞电子设备的购置和船舶结构方面的研究改进，研制能在遇险时快速有效的生命保障设备，有效增强渔船作业的安全性。

17、5 科技型 诸如 GPS、雷达、无线通信等电子设备已经广泛应用，但是同发达国家相比还有很广的前景。未来，能有效提高捕鱼准确性的各种鱼类定位设备、诱饵机等将肯定受推广。 1.2.2 渔船发展的适应性调整 （ 1）渔船数量的减 少 渔船数量减少的趋势很明显，如欧盟渔业官员在欧洲各国已经采取一些保护资源的措施后仍然认为“渔船太多”，这样就会产生“过度捕捞”。泰国最大的渔船队经营者要求政府将国内扑鱼船的数量削减一半 .日本远洋底拽网渔业协会于 2001 年 7 月 18 日宣布解散，原因是这个曾经拥有 771 艘渔船协会在 99 年只剩下 44 艘，进入 2000 年后仅剩下 14 艘，再如日本在北方

18、的大洋性拖网渔船 93 年有 16 艘，到 99 年后剩下 6 艘，在新西兰、北美东岸、阿根廷等渔场作业 93 年有 33 艘 ,现在只有 14 艘 10.韩国 90-96 年减少 307 艘， 97-99 年 又减少了1149 艘。我国到 2010 年将减少 3 万艘，即由 222000 艘减到 192000 艘，渔船数量之所以减少，主要是因为渔船适应渔业资源的数量受到限制的缘故。 （ 2）渔船种类、尺度等变化 按作业方式可分双拖、单拖和兼作渔船。 双拖渔船 作业时两船平行合拖 1 顶拖网。一般作业甲板在船的中前部，上层建筑在中后，机舱在后，鱼舱在前。船长 20 40 米，主机功率 60 1

19、000 千瓦。 单拖渔船 由单船拖曳网具，依靠网板或桁杆张开网口进行作业。单拖渔船按船上拖曳部位的不同又可分为： 舷拖渔船。在舷侧放网、拖网 和起网，靠网板张开网口进行作业。作业甲板在船的中前部，拖网绞机置于驾驶室前下方，舷侧前后设置网板架，上层建筑集中于中后部，船员住室置于长尾楼和首楼。这种渔船因拖网负重而使船体横倾，影响船舶稳性和安全，不宜进行深海远洋作业。早期在世界上使用很广，但从 20 世纪 50 年代开始已逐渐由尾拖渔船所取代。 尾拖渔船。在船尾进行拖网和起、放网，靠网板张开网口进行作业。上层建筑一般设在船前部，尾部两侧设有网板架。作业甲板设于中后部，适合浪大水深的水域作业。尾滑道拖

20、网渔船的船尾设有起、放网具用的倾斜滑道，是对原有单拖渔船的重大 革新。大、中型船一般长 60 120 米 ,功率 1500 7000 千瓦。上甲板与尾部滑道连通，为作业甲板，起、放网在尾部进行。其优点是：起、放网时渔船不必转向，起网时网衣直接由绞机拖上甲板，故起网速度快、劳动强度低；操作时受风浪影响较小，可增加放网次数，且较安浙江海洋学院本科毕业论文 正文 6 全；作业甲板宽敞，可配置底层、中层等多种拖网进行轮流作业 ,并能使用大型网具和进行深水拖网 ;渔获物可直接卸到下层甲板间，使起、放网和处理渔获物互不干扰；渔获物不受日晒雨淋，有利保持质量。其缺点是起网时网具因通过滑道而磨损较大。一般以单

21、拖作业为主，也可进行双拖作 业。 桁拖渔船。以竹、木杆或钢杆等作为桁架 ,从两舷伸出船外 ,用于固定网具进行拖曳捕捞。一般为几十总吨的小型渔船，配有较简单的绞纲机械。多在近海及内陆浅水区作业，以捕 虾类、蟹类 为主。 兼作渔船 以拖网捕捞为主 ,兼作围网、流刺网、钓捕等捕捞作业的渔船。可根据渔场的资源情况随时调换网具作业，以增加产量。小型船一般长 30 米左右，单甲板型。中型拖网兼作渔船多为双甲板型，长首楼，尾部为作业甲板，设置尾滑道，有的装有 2 台卷网机 ,分别用于底层拖网和中层拖网。围网存放在尾部专设的网舱内或尾滑道上方的网台上。当进行围网 作业时，用围网起网机在舷侧起网；有的船在首、尾

22、部装有侧推装置，以利操作。 由于底层鱼类资源情况不佳使得那些作业于中上层水域的渔船包括延绳钓船、金枪鱼围网船以及普通围网船迅速增加，俄罗斯一次就订购 30 艘总长为 52.5m 的延绳钓船，西班牙为利比亚建造了 4 艘总长为 60m 的双甲板延绳钓船，就连非洲的纳米比亚在 2005 年都拥有大型中层拖网船，总长为 104m，据说这是 5 艘大型中层拖网船中的 1 艘，西班牙在 1999 年就拥有总长为 116m 的金枪鱼围网渔船，欧洲一些国家为了迅速发展中上层水域的渔船，纷纷在第三世界国家 建造用于中上层水域的渔船，如冰岛连续在智利建造大型围拖网船，总长分别为70.2m 和 68.3m，挪威也

23、建造了大型围拖网船，总长为 68.3m，秘鲁曾为法国建造总长为 55.49m延绳钓船。联合国“海洋法公约”出台，对世界渔船发展也是有影响的， 200 海里专属经济区的划分，使目前渔船船型在尺度上有向两头发展的趋势，一种是在近海作业的小型渔船；一种是到距基地港更远的新开发渔场去作业的大型渔船。西班牙自 90 年建成当时世界上最大金枪鱼围网船（总长 105m,型宽 16.2m,型深 10.2m,主机功率 5300kw,航速 17 节 )后 ，到 2004 年又建成多艘总长为 115m 的金枪鱼围网船，该船型有渔舱 3250m3，日冻结能力为 150t。 2004年，挪威建成 94m 拖围混合渔船，

24、该渔船型宽 17.6m，型深 10.1m，主机功率 6000kw，航速21 节。 2001 年爱尔兰建成总长为 144.62m 中层拖网船，该船日冻结能力为 350t。荷兰在建成总长为 140.8m，渔舱 11320m3，日冻结能力为 300t 大型艉滑道渔船之后，于 2004 年建成总长为 89.2m 金枪鱼围网船，主机功率 4400kw，航速 18 节。也在 2004 年，加拿大在国外订购了 75m 加工母船； 我国台湾建成总长为 70m 的鱿鱼钓，冷藏舱为 1160m3，冻结舱为 230m3，自持力 180 天；波兰为挪威建造了大型围拖渔船，总长为 60.4m，型宽 12.6m，型深 8

25、.1m，主机功率 2880kw。目前，西班牙还在建造长为 95m的金枪鱼围网船（垂线间长为 82m，型宽 15.2m），冻结舱容量为每天 200 吨，鱼糜冻结舱容量为每天 5 吨，温度 -55bC，主机功率 6000kw，航速18 节，轴带发电机为 1200kw。除了大型渔船外，小型渔船也在发展，丹麦建造了一大批总长为 14.5m，型宽 5.45m 的小型渔船，为适应渔民需要， 这种渔船的驾驶室极其有关设备都不固定，而是根据渔民需要来安装。波兰为挪威建造了一些总长为 19.99m 渔船。 下两图为拖网渔船实图和拖网渔船工作示意图。 浙江海洋学院本科毕业论文 正文 7 图 1 拖网渔船 浙江海洋学院本科毕业论文 正文 8