《基于SBD技術的船型設計與優(yōu)化》系統(tǒng)地闡述了SBD技術的基本內(nèi)涵,基于SBD船型設計優(yōu)化的關鍵技術,如數(shù)值評估技術、船體幾何重構(gòu)技術、優(yōu)化方法、近似技術和綜合集成等,研究了最小興波阻力船型、最小總阻力船型和最小波浪阻力船型的設計和優(yōu)化問題,提出了涵蓋船型設計與優(yōu)化內(nèi)涵、約束、方法和評價的技術體系。
《基于SBD技術的船型設計與優(yōu)化》既有全面的理論介紹,又有豐富的實例分析,突出了應用性、實用性和創(chuàng)新性,形式上通俗易懂。
《基于SBD技術的船型設計與優(yōu)化》可供船舶類專業(yè)學生、船舶設計人員等參考。
在節(jié)能減排的背景下,船舶的設計理念和設計思想都發(fā)生了巨大變化,尋求綜合航行性能(快速性、耐波性和操縱性等)最優(yōu)的船型設計逐漸取代了以靜水阻力最小為目標的船型優(yōu)化。在“綠色船舶”設計和建造的理念下,建設資源節(jié)約型和環(huán)境友好型船舶工業(yè)迫在眉睫,國際上已經(jīng)生效的規(guī)范和規(guī)則都要求未來的船型設計更安全、更環(huán)保、更經(jīng)濟、更舒適。節(jié)能、減排成為未來船型設計的主題。減小燃油消耗、降低碳排放量的關鍵是在滿足設計條件下,降低船舶的實際航行阻力,即設計節(jié)能、“綠色”船型。SBD技術正是以船舶的航行性能為優(yōu)化設計目標,將計算流體力學(CFD)的數(shù)值評估技術、最優(yōu)化理論和船體幾何重構(gòu)技術進行有效集成,在給定約束條件下,獲得航行性能最優(yōu)船型,即阻力最小、耗能最低的“綠色”船型,極大地促進了船型設計從傳統(tǒng)的經(jīng)驗設計模式向智能化、知識化模式邁進。
本書在國家自然科學基金委的支持下,系統(tǒng)地闡述了基于SBD技術船型設計和優(yōu)化的關鍵技術,即數(shù)值評估技術、船體幾何重構(gòu)技術、最優(yōu)化方法、近似技術和綜合集成等,提出了涵蓋船型設計與優(yōu)化的基本內(nèi)涵、約束條件、和評價方法等完整的技術體系。其中數(shù)值評估技術部分詳細論述了船舶興波阻力數(shù)值計算方法:Michell積分法和Rnakine源法;計算船舶靜水總阻力和波浪阻力的CFD法。船體幾何重構(gòu)技術部分,系統(tǒng)地回顧了船體線型參數(shù)化表達和重構(gòu)的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀和常用的方法,重點介紹本書采用的ASD船體幾何重構(gòu)技術。最優(yōu)化方法部分詳細論述了傳統(tǒng)優(yōu)化方法和現(xiàn)代優(yōu)化方法,以及兩種優(yōu)化方法的優(yōu)缺點,重點介紹了本書所采用的改進的粒子群優(yōu)化算法;此外,還介紹了拉丁超立方近似技術和優(yōu)化平臺:ISIGHT和CASES。本書將數(shù)值評估技術、船體幾何重構(gòu)技術和優(yōu)化方法進行綜合集成,構(gòu)建了基于SBD技術的船型設計和優(yōu)化平臺,分別研究了基于Michell積分法和Rankine源法的最小興波阻力船型設計優(yōu)化、基于CFD法的最小靜水總阻力和最小波浪阻力的船型設計優(yōu)化以及船體在實際航行中的縱傾優(yōu)化。本書既有全面的理論介紹,又有豐富的實例分析,突出了應用性、實用性和創(chuàng)新性,內(nèi)容闡述上力爭通俗易懂。本書適用于船舶與海洋工程類專業(yè)的研究生,船舶與海洋工程設計人員等。
張寶吉,上海海事大學海洋科學工程學院副院長,教授,博士生導師,主要從事船舶與海洋結(jié)構(gòu)物設計制造的教學與科研工作。共承擔各類科研項目10余項,發(fā)表學術論文30余篇,主編學術著作1部,校級規(guī)劃教材1部。
1 概述
1.1 基于SBD技術的船型設計與優(yōu)化的意義
1.2 船型優(yōu)化的關鍵技術
1.2.1 數(shù)值模擬技術
1.2.2 船型參數(shù)化表達和船體幾何重構(gòu)技術
1.2.3 最優(yōu)化技術
1.2.4 近似技術
1.2.5 綜合集成技術
1.3 船型設計與優(yōu)化的國內(nèi)外研究進展
1.3.1 基于勢流理論的船型優(yōu)化
1.3.2 基于黏性流理論的船型優(yōu)化
1.4 研究內(nèi)容
1.5 研究方案
2 船舶阻力評估基礎理論
2.1 Michell積分法
2.1.1 用tent函數(shù)表達船型
2.1.2 Michell積分公式的推導
2.2 Rankine源法
2.2.1 基本方程
2.2.2 自由面條件的線性化
2.2.3 自由面條件的求解方法
2.2.4 計算興波阻力
2.2.5 Rankine源法網(wǎng)格劃分
2.2.6 Rankine源法計算程序流程
2.2.7 算例
2.3 CFD基礎理論
2.3.1 質(zhì)量守恒方程
2.3.2 動量守恒方程(N-S方程)
2.3.3 雷諾方程
2.3.4 湍流模型
2.3.5 壁面函數(shù)法
2.3.6 邊界條件
2.3.7 自由液面模擬
2.3.8 數(shù)值求解方法
2.3.9 網(wǎng)格劃分
2.4 數(shù)值造波水池的建立
2.4.1 速度邊界造波
2.4.2 數(shù)值消波
2.4.3 船舶六自由度運動方程
2.4.4 算例
2.5 影響船體阻力計算的CFD不確定因素研究
2.5.1 阻力計算
2.5.2 CFD影響因素分析
……
3 船型參數(shù)化表達和幾何重構(gòu)
4 優(yōu)化方法和優(yōu)化平臺
5 基于勢流理論的最小阻力船型優(yōu)化
6 基于CFD的船型優(yōu)化
7 實際航行中節(jié)能設計優(yōu)化研究
索引