两层流体中结构“dead water”阻力特性数值研究

摘要

船舶航行到密度分层海水中时,会在密度跃层引起内波,从而导致航行阻力变大,这种情况被称为"dead water"现象.本文应用线性势流理论,采用高阶边界元方法,建立了两层流体中物体匀速运动的数学模型,用以求解物体所受的"dead water"阻力.该模型将流域分为上、下两个部分,在两个流域分别应用格林第二定理,建立两个边界积分方程组,并根据内界面上流体质点的速度连续条件和压强连续条件进行耦合,得到一个新的方程组,在时域内进行迭代求解.每一个时间步内,用四阶预报-校正算法更新该时刻内界面的波面和速度势.时间不断步进,直至得到稳定的结果.本文研究了三组不同吃水的方箱在不同速度下的"dead water"阻力特性,并将数值结果与试验结果进行对比,验证了数值方法的正确性.数值结果表明,在同一吃水条件下,阻力随速度的变化具有局部峰值,在内弗洛德数约为0.758时达到峰值.