船用首升力体水动力影响分析研究

首升力体技术已被CFD、缩比模型试验、实船试验证实,在零航速与有航速情况下均可降低船舶运动,提高船舶耐波性.本文采用VOF方法捕捉自由液面,对有自由液面情况下,不同攻角、不同浸深和不同航速的首升力体,计算了首升力体的升力、阻力和自由面兴波等.     

槽道滑行艇快速性数值仿真

滑行艇在滑行状态的航行往往伴随着浸湿面积及纵倾角的变化,导致其快速性性能难以评估.为此,本文基于全结构化动态重叠网格求解运动姿态,引入六自由度模块,采用Level-Set水平集方法求解自由液面,对某型槽道滑行艇进行快速性数值仿真.最终,得到了滑行艇在各个航速下对应的阻力、纵倾角、自由液面波形、中纵剖面气液分布以及船底压...     

DTMB 5415船绕流场数值研究

本文以DTMB 5415船为研究对象,应用基于URANS方法的CFD方法进行DTMB 5415船设计状态下船舶绕流场研究,其中湍流模型应用SST模型,自由液面捕捉应用VOF方法;应用CFD方法对船舶阻力性能、自由表面兴波、船舶螺旋桨盘面处的标称伴流场以及尾部轴向速度场等进行数值模拟与分析;将设计状态下DTMB 5415船绕流场数值模拟值与实验值对比,其船舶阻力、自由表面兴波、螺旋桨盘面标称伴流场等的良好吻合证明了网格与数值方法的正确性。本文还对船舶尾部不同截面绕流场边界层厚度以及整船边界层分布进行了研究且与实验值进行了对比。     

带自由液面有限长圆柱绕流数值模拟

[目的]为了探究自由液面及自由端对典型钝体绕流问题的影响,对带自由液面的有限长圆柱绕流进行研究。[方法]基于延时分离涡模拟(DDES)技术和分段线性界面重构(PLIC)方法,利用自主开发的naoe-FOAM-SJTU求解器开展数值模拟。[结果]结果显示,自由液面和自由端的存在增大了局部位置的升、阻力,推迟了圆柱表面流动分离的发生;相较于深吃水位置,自由液面附近流向的速度"恢复"延缓,横向的速度呈向外运动的趋势;自由液面的变形产生了大量细碎的漩涡,自由端的卷拧状漩涡在一定程度上抑制了卡门涡街的发展。[结论]研究表明,目前采用的数值方法能够准确捕捉复杂流场,同时,自由液面和自由端的存在将显著改变流场沿吃水方向的分布。     

基于NURBS表达的精确自由液面修正

提出了基于三维NURBS表达的精确自由液面修正方法。对船体曲面和甲板进行NURBS表达后,通过对任意倾斜液面下的舱容及容积心的计算以及给定舱室装载量条件下舱室内液体液面的确定,可计算出任意倾斜状态下液体自由流动后产生的倾斜力矩,从而得到精确的静稳性臂修正值。通过对不同舱型的舱室在不同装载量和不同浮态下的倾斜力矩的计算和比较分析,总结规范计算结果和精确解之间存在误差的原因,分析了误差随舱型、装载量和浮态变化的规律。该方法表明了采用精确自由液面倾斜力矩计算的必要性和工程应用价值,并给出在船体设计中如何根据实际情况进行精确自由液面修正的建议。     

同步入水双圆柱相互作用的计算研究

为了研究多圆柱入水的相互影响,采用二维CFD方法数值模拟双圆柱同步常速入水物理过程.利用自由液面捕捉法来计算自由液面,将自由液面当作密度域的接触间断来处理,以非均匀密度的不可压缩Euler方程作为控制方程.采用直角切割网格作为离散网格系统和有限体积法进行数值离散,以人工压缩法来实现速度和压力的耦合求解.采用Roe的近似Riemann解算子计算流甬数和一阶隐式的双时间推进法进行时间步进.以三个不同参数的双圆柱入水作为算例,将数值模拟得到的自由液面形状、圆柱压强分布和受力时间历程与单圆柱入水的结果进行了比较.     

桨后自由叶轮理论设计方法研究

为对桨后自由叶轮进行综合设计研究,在前桨给定的前提下,采用螺旋桨的旋涡理论对桨后自由叶轮进行设计。前桨和自由叶轮之间的相互影响通过诱导速度来考虑,诱导速度通过以速度势为基础、采用源汇混合分布以及双曲面元的低阶面元法求得并进行周向平均,将非定常问题转化为定常问题。在实际设计过程中,通过面元法对前桨尾流场进行分析来求其收缩率,从而确定自由叶轮涡轮段直径,并用面元法分别对前桨和自由叶轮进行水动力性能预报,循环迭代直至桨后自由叶轮系统水动力性能收敛。实例设计分析表明:在较低进速条件下,设计的自由叶轮可获得较高的效益,效率最高可提升14.42%。     

近自由面三维水翼的水动力分析及试验研究

采用面元法对近自由面三维水翼进行势流数值分析并进行了相关试验研究。在数值计算中,将Rankine源和偶极子置于边界面上,用时间步进法模拟水翼的势流场和自由表面波形。在自由面采用非线性自由面边界条件,在尾涡面上采用偶极子布置以满足Kutta条件。文中给出了数值计算模型的参数,对于不同浸深、不同航速和不同攻角下的水翼,计算了水翼表面上的压力分布,水翼的阻力和升力及自由表面波形。数值计算结果与试验结果进行了对比。结果表明,文中方法可用于水翼优化设计、近自由面振动翼运动及水翼船兴波等问题的研究。     

舰船破损进水的实时数值仿真

在岸基损管堵漏训练中,需要实时计算出堵漏训练舱的进水速度、浮态、稳性随时间的变化情况。本文建立了任意姿态条件下任意破口流速的计算模型,提出了内外液面到破口最低点距离的计算方法,并得出了单舱自由液面惯性矩的计算公式。通过软件编程,对进水速度、浮态与稳性的关系进行了可视化模拟,实现了船舱进水过程的快速实时仿真,为计算堵漏训练舱进水状态提供了重要支撑。     

解非线性船波问题的一个数值计算方法

本文提出了一种计算完全非线性三维船渡问题的数值计算方法。速度势用考虑了波动的自由面影响的船体湿表面和局部真实的自由面上的简单源(1/r)分布表示,并采用精确的自由面条件。求解过程是一个迭代过程,计算结果与试验值作了比较,吻合较好.     

海水循环泵自流特性仿真研究

利用船舶前进时海水进水口“自流”特性,在船舶达到一定航速时关闭循环泵汽轮机,可以达到节能的目的.结合循环泵汽轮机的热力计算、配汽计算、循环泵水力特性计算的结果,建立基于AMESim软件的海水循环泵及其控制系统仿真模型,考虑船体及主机的惯性,通过稳态工况仿真与试验数据对比验证了模型的有效性,其相对误差小于3.4％.利用所...     

基于FEM/BEM的船用水泵流动诱发振动噪声计算分析

离心水泵是舰船上面重要的流体机械,广泛应用于船舶冷却系统、舱底压载系统、循环水系统及消防系统。同时离心泵也是舰船管路噪声源之一,影响着船舶运行环境舒适性与舰船的安全隐蔽性。本文利用fluent软件计算流场非定常过程中叶轮所受时域脉动压力,并提出优化方案。将其作为激励源加载到水泵电机有限元模型上,采用隐式有限元法计算泵组表面振动速度与机脚处加速度,估算泵组振动烈度。将有限元振动速度导入Virtual.Lab软件,采用声学边界元计算泵组的空气噪声辐射。计算结果表明,泵组出水口处与机脚处振动噪声较大,应采用相关的减振降噪技术。     

船舶中央冷却水系统变频水泵流量特性

针对船舶中央冷却水系统变频水泵切换效率低、能耗大及流量波动变化等问题,深入研究2350TEU集装箱船在各种负荷变化和海水环境温度变化时的变频泵调速流量特性,分析变频水泵在单泵、双泵2种状态切换时的流量特性、效率特性和功率特性,计算水泵变频切换时的最佳转速与流量。结果表明:实现单双泵无扰动切换,可减少切换时流量产生波动对止回阀的冲击,提高变频泵的工作效率,降低系统能耗,为船舶中央冷却水节能控制系统设计提供理论支持。     

基于流体-结构耦合振动的液压脉动滤波器试验研究

分析了船上泵源液压系统压力脉动产生的原因及频率成分。根据气体消声器的原理,结合液压系统高压、大流量等工作特点,设计和制造了一种基于流体-结构(fluid-structure)耦合振动的结构共振式液压脉动滤波器,并推导出其波动衰减的传递矩阵模型。通过调整液压泵转速来改变压力脉动频率,在液压系统压力脉动试验平台上进行了三组对比试验。试验表明,当滤波器的结构振动体固有共振频率与系统频率接近时,系统的脉动能量得到有效衰减,系统的压力波动幅度和脉动率大幅降低。试验结果验证了结构共振式液压脉动滤波器的使用效能和存在的不足,它为液压系统振动控制提供了新的技术手段。     

模糊-PID控制在绞吸船水下泥泵自动调速中的应用

绞吸挖泥船装驳施工中，操作人员频繁调节水下泥泵电机转速以稳定管路内泥浆流速。针对这一问题，采用模糊-PID技术设计水下泥泵电机自动调速控制系统。该控制方法以流速作为自变量，以泥泵转速作为因变量，并将吸入真空、泥泵机功率及泥浆浓度作为安保条件，可以保证在装驳施工过程中泥浆流速持续维持在设定区间内。实际应用表明，模糊-PID控制在水下泥泵调速过程中具有反应快速、控制精准、鲁棒性好等特点，具有较好的推广价值。     

主汽轮机凝汽装置真空偏低影响及原因分析

文章围绕某船2#主汽轮机凝汽装置在中高工况下真空比正常值低7%～12%,汽轮循环水泵转速相比正常值低70 r/min,海水出口温度与1#机组相比高5℃,主机功率严重不足,动力装置经济性降低这一故障现象,对其影响因素进行了全面分析,提出了解决方案。     

基于PumpLinx的鱼雷齿轮泵内部流场及流量特性的仿真分析

为研究转速与流体介质对齿轮泵性能的影响,运用PumpLinx软件对齿轮泵内部流场及其流量进行瞬态仿真分析,并与试验数据进行对比,分析转速与流体介质对齿轮泵内部压力场及输出特性的影响。数值结果表明:齿轮泵平均流量与试验数据吻合较好,入口流量随时间呈锯齿状波动,出口流量则呈波浪状的较小波动,而且流量脉动率随转速的增大而减小;齿轮泵内压力从低压腔呈阶梯状向高压腔过渡,且入口易因超低压而出现空化现象,导致其压力脉动率高于出口。此外,流体介质为水时的流量脉动率略低于油。研究结果为降低鱼雷齿轮泵的振动和噪声等危害提供了理论指导。     

基于LBM方法的圆盘等速入水空泡的数值模拟

采用单相格子Boltzmann模型进行了物体垂直入水问题的研究.该模型适用于大密度比的气液两相流动,其特点是忽略了系统中气相对液相的动力学影响.模拟了圆盘垂直等速入水过程,给出了入水过程中空泡与自由面的变化规律,研究了圆盘入水空泡相对闭合深度与Froude数之间的关系.数值模拟结果与相关的实验结果吻合良好,验证了格子Boltzmann方法(LBM:Lattice Boltzmann Method)模拟物体入水问题的可行性.     

Comparative measurements on the flow structure of a marine propeller wake between an open free surface and closed surface flows

In order to investigate the effects of a free surface on the wake behind a rotating propeller, experiments were carried out in a circulating water channel for two cases: one with an open free surface and one with a closed free surface covered by a rigid plate. Four hundred instantaneous velocity fields were measured using a two-frame particle image velocimetry (PIV) technique at four different blade phases. These were ensemble-averaged to investigate the time-averaged flow structure in the near-wake region. For a surface ship, the flow behind the propeller is influenced by the hull wake and the free surface. The phase-averaged mean velocity fields show the potential wake and the viscous wake formed by the boundary layers developed on the blade surfaces. The interaction between the bilge vortices and the incoming flow along the ship’s hull deforms the wake structure. Tip vortices are generated periodically, and the slipstream contraction occurs in the near-wake region. The free surface was found to affect the axial velocity component and vortex structure behind the propeller. As the flow goes downstream, the tip and trailing vortices dissipate due to turbulent diffusion and active mixing with adjacent vortices.     

船舶液压舵机系统动态和稳态特性的分析

准确模拟舵叶承受的负载是舵机试验系统的一项关键技术.将流体动力基本方程应用于船舶液压舵机系统的稳态和动态特性的研究.建立了系统在变频电机转速一定时的稳定工作方程,计算的稳态特性与实验结果吻合.建立系统的动态数学模型,推导出系统的传递函数.研究提高系统的响应速度的方法,以及系统抗外界干扰的刚度问题,为液压舵机系统准确设计提供了指导.