考虑航行姿态变化的高速船阻力性能预报

为了精确获取高速船的航行阻力,计及航行姿态变化对其阻力的影响,基于CFD理论,通过耦合求解计及黏性的RANS和船体运动方程的方式实时预报船体受力,船体根据受力进行姿态调整,直至船体受力与航行姿态处于动态平衡,以此预报船舶在高速运动稳定后的航行姿态及阻力。并将一系列的数值计算结果与试验数据对比分析,数值计算结果和实验数据吻合良好。数值计算结果可以为船舶设计工作者辅助船体型线设计提供参考,具有重要的工程应用价值。     

考虑航行姿态变化的的高速船阻力性能预报

为了精确获得高速船的航行阻力,计及航行姿态变化对其阻力的影响。基于CFD理论,本文通过耦合求解计及黏性的RANS和船体运动方程的方式实时预报船体受力,船体根据受力进行姿态调整,最终达到平衡,以此预报船舶在高速运动稳定后的航行姿态及阻力。并将一系列的数值计算结果与试验数据对比分析,数值计算结果和实验数据吻合良好。船舶设计工作者可以参考数值计算结果辅助船体型线设计,其具有重要的工程应用价值。     

基于Rankine源高阶面元法的船舶航行姿态与兴波阻力计算

针对航行船舶的兴波阻力和姿态预报,采用Rankine源高阶面元法求解船舶航行兴波问题。计算时采用叠模线性化自由面条件,对自由面影响系数奇异积分采用源点上置的方法处理,物面奇异积分和立体角则直接求解。就数学船型Wigley、S60和KCS集装箱船的航行兴波阻力与姿态分别进行了数值计算与分析,计算中根据姿态变化重新划分船体湿表面,进行迭代计算,不同航速下的姿态、兴波阻力和船侧波高与试验结果比较,吻合良好,自由面波形真实反映了物理现象,研究表明本文方法能准确地预报船舶航行姿态和兴波阻力,对不同船型和航行速度有着广泛的适用性。     

船体阻力数值预报研究及黏性流场计算

采用SIMPLE算法求解不可压缩RANS方程,对KCS船体阻力计算精度进行研究。采用VOF方法捕捉自由液面,采用切割体网格技术划分整个流域。以自由模为例,首先分析边界层划分方式、湍流系数的确定对阻力的影响,为阻力的精确预报提供基础。其次,在合适的网格方式上,提出采用序列二次规划(NLPQL)法建立基于湍流系数的优化系统,以寻找到最适合船体阻力计算的湍流系数。然后,在最合适的网格及计算方法下计算不同航速下KCS船受到的总阻力、船体表面及周围流场分布,讨论约束模和自由模在阻力预报、流场捕捉上的差异,并分别将阻力计算结果与模型试验进行对比,从而验证本文算法的可靠性。本文研究内容能够为船体阻力的精确预报提供一定参考。     

基于CFD的船舶阻力预报方法研究

根据船舶阻力成分及预报方法进行分析讨论,提出基于CFD的方法进行船舶阻力数值预报。分别基于势流和粘性流理论对船舶阻力进行预报,将阻力系数与试验值进行对比。基于粘性流体理论求解获得船体的粘性总阻力及摩擦阻力,基于势流理论直接求解欧拉方程获得船体兴波阻力。通过对某油船在各航速下的阻力理论计算结果与船模试验值的比较表明,该方法计算速度快,经济性好,且预报精确度高,完全满足工程需要,可以在实际工程使用。     

艉部斜升角对滑行艇阻力性能影响数值模拟

关于滑行艇在静水中阻力性能以及航行姿态的预报问题,运用商用软件STAR-CCM+进行数值模拟,将所得结果与试验值以及SIT法计算结果对比,验证流体计算软件STAR-CCM+预报滑行艇阻力性能的可行性。以直棱柱型滑行艇为模拟船型,探讨艉部斜升角的变化对滑行艇阻力及其航行姿态影响规律,找出使得该滑行艇阻力性能最优的艉部斜升角。     

船体形状因子的数值分析

进行低速下的船舶缩尺模型的阻力试验,将总阻力视为黏性阻力,获得船体形状因子(1+k),用于实船总阻力的预报,考虑到在低速下仍会存在兴波阻力的影响,采用商业CFD软件以叠模的数值模拟方法分别对某KCS、散货船、高速单体船船模进行船体形状因子的计算,并将数值模拟结果与模型试验获得的船体形状因子进行对比,结果表明,采用数值模拟的方法获得船体形状因子是可靠。     

大方尾三体船型阻力及航态预报

现代船舶无论是单体船型还是多体船型,方尾都得到了广泛的运用,尤其对于三体船型,其多为喷水推进系统,船型设计时主体大多采用了较大方尾的设计。方尾船型在航行过程中,方尾后流场及出水情况随航速不断变化,这也一直是方尾船型阻力预报过程中的重点与难点。基于改进后的近场兴波方法,并对方尾后区域采取特殊处理,结合近水面网格快速划分的方法,对方尾船型的兴波阻力及航行姿态进行预报。得到不同航态下湿表面积后,预报船体总阻力。结合经验公式对低航速下的方尾静水力进行估算。以具有较大方尾的某三体船型为例进行计算,并将计算结果与实验值及部分软件参考结果进行对比,证明了理论方法可行有效。     

基于STAR-CCM 的多功能工作艇阻力计算方法研究

本文基于STAR-CCM+,运用平均雷诺数方程和Realizable 湍流模型,对一条宽船型、带有非流线型顶推装置的多功能工作艇的实船模型进行阻力性能预报,将计算的静水阻力与船模试验结果进行对比分析,计算值与实验值吻合良好,并给出了船体周围的流场信息。分析了多功能艇的特殊装置——顶推装置对船舶阻力的影响,发现在低航速时,顶推装置对于剩余阻力的影响较明显,为该船型的快速性优化提供参考依据。     

水翼复合小水线面双体船低阻特性的数值分析

为了获取高速航行的复合船型的阻力,基于Star-CCM+软件平台,考虑到航行姿态变化的影响,通过求解RANS方程和船体运动方程,采用DFBI的方式实时监控船体受力,在运动稳定后得出船体的航行姿态及阻力。本文选取一定速度范围内的水翼复合小水线面双体船进行数值计算,并和模型试验进行对比,计算结果与试验数据吻合较好,较适合该类船型的阻力估算。     

风电安装船线型设计及性能分析

本文针对当前市场所需的风电安装船的线型设计优化过程及试验结果进行了分析研究。论述了线型设计特点,分析了线型CFD优化过程,并且结合模型试验结果对目标船的快速性、操纵性、动力定位能力等性能进行预报,最后对目标船线型开发经验做了总结。研究成果为同类船舶及近似船舶设计提供参考。     

基于SPH流体仿真的船模阻力试验过程的虚拟展现

通过求解RANS方程计算船体周围粘性边界层,同时结合VOF方法处理自由表面,能够获得带自由表面的船体周围稳态粘性流场,但是难于比拟拖曳水池模型试验得到连续变化的流场,该文提出采用SPH流体仿真方法模拟船模阻力试验中自由表面及流场的生成与演化,并借助三维交互式图形显示技术实现试验过程的虚拟展现,最后以DTMB 5415船模试验加以例证。     

浅吃水肥大型船的尾部线型研究

从分析船舶尾部伴流场对船舶阻力推进,操纵及船体振动性能等影响的观点,研究尾部三维伴流场,介绍尾型与伴流场之间关系及非对称双尾鳍船型的形成。非对称双尾鳍船型与优选的常规双尾鳍船型模型的阻力,自航及伴流场等比较试验结果表明,非对称双尾鳍船具有两大优点,首先,该船型能在浆前方产生一个与外旋浆旋向相反的预旋流,在保持了优良阻力性能前提下可提高外旋浆推进效率8％,获得阻力,推进,操纵各性能间的最佳配合,第二,轴向伴流分布比较均匀,满足BSRA5项衡准指标,改善了螺旋浆工作的流场条件,减少了螺旋浆产生空泡及其诱导船体激振的危险,使节能与减振得到统一,最后还介绍了该船型首制船“宁安1号”的实船测试结果及其由船模试验预报实船性能的一致性。     

双体船兴波阻力数值计算及兴波干扰研究

本文基于Noblesse新细长船理论,编制了Matlab兴波阻力数值计算程序。对双体Wigley船型进行了计算,并将船模阻力实验值与计算结果对比,验证程序的可靠性。同时,计算了一艘实际双体船,给出了该船在设计航速下出现有利干扰的片体间距范围,为该船的设计提供一定的理论依据。     

渔政船的兴波阻力数值计算与预报

渔政船是进行海上渔政监管与执法的专业船只,快速性是保证其顺利完成任务的关键因素。为了快速、准确地预报渔政船的兴波阻力,以Rankine源法和Michell积分法为基础,编制相应的数值计算程序,计算了某渔政船的兴波阻力,并将其计算结果与阻力试验值相比较,结果表明Rankine源法和试验值较为接近;再将Rankine源法与Holtrop法、Slender-body理论进一步地分析比较,发现对于高速渔政船来说,只要船体网格和自由面网格划分合理,Rankine源法在预报阻力方面优势更加突出。     

Study on the form factor and full-scale ship resistance prediction method

To consider the resistance component due to hull geometry, the International Towing Tank Conference (ITTC) adopted the resistance test method in 1978, introducing the form factor concept with two basic assumptions, i.e., the form factor of a model ship is the same as that of a full-scale ship and the form factor is independent of ship speed. However, it is not only very difficult to determine the form factor using the ITTC ’78 method, but also there have been questions regarding the basic assumptions. Therefore, the authors carried out three basic studies on the form factor concept and proposed a new extrapolation procedure for the prediction of full-scale ship resistance performance. The validity of the proposed procedure is being investigated by comparing sea trial and model test results. The results of this investigation will be presented in the near future.     

基于DAWSON法小水线面双体船模型兴波阻力及浮态预报

针对小水线面双体船型,基于Dawson法,通过船体局部网格快速划分迭代求解船体模型在不同航速下的兴波阻力、纵倾、升沉以及不同航态下的湿表面面积变化,并给出预报结果与模型试验结果的对比。