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研究生: 林旻憲
Lin, Min-Xian
論文名稱: 穿浪型雙體船阻力試驗技術確立與數值模擬分析
Establishment of Resistance Test Technique and Numerical Simulation Analysis for Wave Piercing Catamaran
指導教授: 林忠宏
Lin, Chung-Hung
學位類別: 碩士
Master
系所名稱: 工學院 - 系統及船舶機電工程學系
Department of Systems and Naval Mechatronic Engineering
論文出版年: 2019
畢業學年度: 107
語文別: 中文
論文頁數: 97
中文關鍵詞: 穿浪型雙體船船模阻力試驗截流阻OpenFOAM數值模擬
外文關鍵詞: Wave Piercing Catamaran, Ship Resistance test, Interceptor, OpenFOAM
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  • 本研究主要目的是希望透過一系列不同設定條件的阻力試驗,加以確立雙體船船模在成大拖航水槽的試驗方法及技術,建立一套標準作業程序,做為日後類似試驗的依循,並藉由試驗前的數值模擬分析,與實際試驗數據相互比對,做為船舶設計的參考依據。
    本研究主要分為四個部份:雙體船船模阻力試驗方法、船模加裝截流阻(Interceptors)對阻力的影響、成大水槽試驗數據與國外水槽數據比較、雙體船船模阻力數值模擬,藉由上述之分析方法以確立雙體船相關試驗技術與數值模擬應用比對,檢視實際拖航試驗與數值模擬數據的精確度。
    在第一部份,說明試驗方法分別為單力計法與雙力計法,並探討兩者在試驗中所測得的船模總阻力有何差異,以及阻力力計於船模垂向高度與縱向位置變動之距離,造成船模總阻力量測的差異為何。
    在第二部份,進行雙體船船模阻力試驗時,於船模艉部加裝截流阻(Interceptors)進行試驗,並將此試驗結果與力計位置變動的數據做比較,探討裝設截流阻後對於船模阻力、船模姿態的影響程度。
    在第三部份,將力計位置變動數據與裝設截流阻後的試驗數據,與國外水槽的試驗數據進行比較,探討對於成大拖航水槽進行雙體船試驗的精度驗證。
    在第四部分中,以數值模擬軟體OpenFOAM,對於本研究使用的穿浪型雙體船船模進行數值模擬,與試驗數據進行比對,並探討試驗與模擬數據之間的差異及趨勢。

    The mainly purpose of this research is through a series of different test conditions, to set up an experimental technique for the resistance test of Wave Piercing Catamaran model, which can be used in ship performance test towing tank of National Cheng Kung University.
    And establish a set of standard operating procedures, as in the future to follow similar tests, through the numerical simulation analysis before the test, and compared the actual experimental data are with each other, as a reference for ship design.
    This research divided into four parts: the resistance test method of Catamaran model, the impact of Catamaran model installation interceptors on resistance, compared of experiment data with other towing tank, the numerical simulation result of Catamaran model.
    By the above research methods, we can verify the test technique for resistance test and numerical simulation analysis for Wave Piercing Catamaran model.
    First, this research use single force gage method and double force gage method to measure the resistance of ship model, and install the force gage in vertical and longitudinal position of ship model, then discuss the difference of the resistance measured in the experiment. Second, compared the test results, discuss the resistance, sinkage and trim of ship model, by installing Interceptors in ship's stern. Third, compare and discuss the experiment results with other towing tank, and verify the test accuracy of catamaran resistance technique for NCKU towing tank. Fourth, in this research, we use numerical simulation software OpenFOAM, to simulate the Catamaran model, also explore the difference of trends between experimental and simulation.

    摘要 I ABSTRACT II 誌謝 X 目錄 XI 表目錄 XV 圖目錄 XVII 符號表 XXI 第一章 緒論 1 1.1 研究動機 1 1.2 文獻探討 2 1.2.1 阻力試驗理論 2 1.2.2 雙體船阻力試驗技術 2 1.2.3 雙體船數值模擬分析 4 1.3 論文架構 5 第二章 船模配置與試驗方法理論 6 2.1 船模配置 6 2.1.1 船模資訊 6 2.1.2 船模配重 8 2.1.3 雙力計測力機構設計 8 2.2 阻力試驗方法 11 2.2.1 力計於船模垂向位置變動 11 2.2.2 力計於船模縱向位置變動 16 2.2.3 裝設截流阻於船模艉部 17 2.3 船模阻力試驗相關理論與流程 19 2.3.1 船模阻力試驗理論 19 2.3.2 雙體船船模阻力試驗流程 21 2.3.3 雙體船船模阻力試驗數據擷取 26 第三章 雙體船船模阻力試驗結果 28 3.1 力計於垂向高度變動的數據比較 28 3.1.1 單力計裝設於甲板高度附近1.9cm與10.1cm 28 3.1.2 雙力計裝設於甲板高度附近14cm與22cm 34 3.1.3 雙力計裝設於推進軸系高度上 37 3.1.4 力計於垂向高度變動數據的綜合比較 42 3.2 力計於縱向位置變動的數據比較 46 3.2.1 雙力計裝設於推進軸系高度-試驗點203cm數據 46 3.2.2 雙力計裝設於推進軸系高度-試驗點178.8cm(LCB)數據 47 3.2.3 雙力計裝設於推進軸系高度-試驗點154.6cm數據 47 3.2.4 力計於縱向位置變動數據的綜合比較 48 3.3 單力計有無裝設截流阻的數據比較 56 3.3.1 單力計未裝設截流阻的數據 56 3.3.2 單力計有裝設截流阻的數據 57 3.3.3 單力計有無裝設截流阻的數據綜合比較 57 第四章 雙體船船模數值模擬理論與方法 62 4.1 數值模擬方法 62 4.1.1 統御方程式 63 4.1.2 紊流模型 63 4.2 雙體船模擬流程 65 4.2.1 模擬流程 65 4.2.2 船模尺寸建立 66 4.2.3 模擬環境設定 67 4.2.4 船體網格劃分 68 4.2.5 模擬流速 70 第五章 試驗與模擬結果討論 71 5.1 雙體船船模阻力試驗結果討論 71 5.1.1 成大與國外拖航水槽的阻力試驗數據比較 71 5.1.2 成大與國外拖航水槽-相關阻力係數比較 72 5.1.3 成大與國外拖航水槽-實船阻力推估比較 75 5.2 以OpenFOAM模擬雙體船船模結果討論 76 5.2.1 船模總阻力 76 5.2.2 模擬波形探討 78 5.2.3 船體表面壓力分佈 81 5.3 以成大拖航水槽試驗結果驗證討論 83 5.3.1 成大水槽試驗數據與OpenFOAM模擬-總阻力比較 83 5.3.2 成大水槽試驗數據與OpenFOAM模擬-阻力相關係數比較 85 5.3.3 成大水槽試驗數據與OpenFOAM模擬-實船阻力推估比較 89 第六章 結論與未來展望 91 6.1 結論 91 6.1.1 力計裝設於船模不同垂向高度的試驗結果 92 6.1.2 力計裝設於船模不同縱向位置試驗結果 92 6.1.3 裝設截流組於船模艉部的試驗結果 92 6.1.4 與國外拖航水槽阻力數據比較結果 93 6.1.5 OpenFOAM數值模擬與試驗的阻力比較結果 93 6.1.6 實驗與模擬的實船阻力推估比較結果 94 6.2 未來展望 95 參考文獻 96

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