基于势流理论的双艉船型阻力计算研究

双艉船型是一种高效节能船型，为了评价其阻力性能，以势流理论为基础，采用Rankine源法来计算带双尾川江2000吨级成品油船的兴波阻力，根据三因次换算法获得总阻力，通过与试验值相比较表明，数值计算得到的阻力系数、波高和波形图能够较好地反映实际船体的兴波情况。     

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。     

带自由面船体周围粘性流场数值模拟

利用FLUENT流体软件,通过求解三维粘性不可压RANS方程和使用标准k-ε湍流模型对带自由液面船体进行了周围粘性流场的数值模拟。自由液面采用VOF方法处理,得出了不同弗劳德数下船体的粘性阻力系数,并与ITTC1957给出的平板摩擦阻力系数计算公式以及巴普米尔粘压阻力系数公式两者所求的粘性阻力系数相比较,验证了本文方法的可行性,为船舶阻力预报提供了更为精确的流体分析方案。同时,利用VOF方法可以很好的捕捉自由液面波形,反应了船体的兴波现象,为船体优化设计提供重要的参考。     

船体艏部水动力性能优化

提出一种以势流兴波阻力理论Rankine源方法为基础,结合SHIPFLOW软件为计算工具,利用CAD-CFD集成平台FRIENDSHIP-Framework软件进行变形优化,研究船舶的最小兴波阻力型线优化设计的方法,并考察了兴波优化得到的船型总阻力变化情况。在型线优化过程中,以兴波阻力系数为目标函数,排水量变化范围为约束条件,在Wigley船体前端增加一个利用Feature建模技术参数化生成的球艏并调整艏部型线使得船体表面光顺。选取球鼻艏形状的各项参数作为基本设计变量,利用DOE方法对船艏进行优化,获得了设计航速下兴波阻力较小的船型,验证了所提方法进行船艏型线优化的有效性。相应的考察变形及优化前后总阻力变化情况表明:在高傅汝德数情况下增加球艏所带来的粘性阻力的增加小于兴波阻力的减小量,总阻力得到了改善,优化后得到的球艏能在进一步减小兴波的同时减小总阻力。此外,还运用所提方法对3100TEU船型的船艏,利用Delta Shift方法进行变形,在设计航速下,将变形的参数作为设计变量,利用DOE方法进行优化设计。结果显示:在排水量限制范围内当球鼻艏向上向前伸展一定长度时可以降低兴波阻力。与此同时,由于优化前后船体湿表面积变化很小,粘性阻力的变化并不明显,兴波的减小则使得总阻力得到了改善。     

基于SHIPFLOW软件的方尾舰船阻力快速预报

SHIPFLOW软件被广泛应用于基于阻力的船型方案优选,但其对舰船阻力预报的适用性却少有研究。为确保舰船方案论证及优选结果的准确性,针对常规水面舰船方尾船型开展计算分析,提出适用于方尾舰船兴波阻力计算的网格划分方式以及获取兴波阻力系数的方法。为准确估算舰船阻力,可引入排挤厚度来修改船体型值,以在兴波阻力计算中等效计入粘性影响,并在此基础上形成舰船阻力快速预报方法。将某方尾舰船阻力数值计算结果与试验结果进行了对比,结果表明,预报误差基本控制在7%以内,验证了该方法的可行性。     

超细长三体船阻力计算研究

主船体为超细长体,两侧配置两个小侧体而形成的三体船是一种很有潜力的新船型,近年来已引起了广泛的关注。本文对三体船的阻力原理进行了分析,以“相当平板”假设为基础计算摩擦阻力,采用“1＋k”的方法计算形状阻力;采用线性兴波阻力理论建立三体船的兴波阻力计算方法,提出了一套计算三体船阻力的完整方法。经与船模试验结果比较,采用本方法预报三体船的阻力,Cw的计算结果可以定性地反映侧体布置位置对三体船兴波阻力的影响,计算结果比较接近实际情况,具有一定的可靠性,可用于该船型的阻力预报。     

内河船舶浅水阻力计算

本文分析了现有的几种浅水阻力计算方法。分析了一百八十四条浅水阻力曲线及相应的深水阻力曲线,应用 Artjushkov 图谱进行浅水池壁影响修正,应用修正的 Prohaska 方法计算深浅水形状因子1 K,对水深傅氏数 F_h=0.5～1.05计算了浅水兴波阻力系数 C_w、经济航速 Fhe 和浅水形状因子增量△K,将上述参数视为变量 H/T、L/B、B/T 和 C_B 的幂指数方程的函数,应用回归分析确定幂指数。用此可:计算无限宽裸体浅水阻力曲线,作为浅水阻力性能的初步衡准;确定经济航速,提高营运经济性。浅水粘性阻力增量的计算对提高模型与实船的相关性是有益的。     

粘流中舟艇水阻力与自由面流场的数值计算

基于粘流理论研究了舟艇的水阻力与自由面流场.数值计算中,控制方程为完整的N-S方程,并采用κ-ε两方程湍流模型封闭雷诺方程,对自由表面的追踪采用VOF方法.为验证本方法的正确性,以系列60船模进行了考核,得到了不同航速下的船体水阻力、自由面流场和相应的粘性阻力系数.并把计算结果与已发表的试验结论及其他计算结果做了比较,结果表明,本文的计算方法是可信的.     

船舶推进的一种能量分析方法

本文根据作者提出的关于船舶推进的能量分析方法和一条系列60船模带桨与不带桨条件下丰富的尾流场测试数据,计算出该船模推进系统的能量收支关系。计算结果表明:(1)T.T.Huang等提出的轴对称体-螺旋桨标称流场相互作用的非粘性性质假定对一般常规船型也成立。这一性质可以作为计算船体实效伴流的基础。(2)算例中螺旋桨充分吸收了船体的高能轴向伴流,并相应使得桨后轴向动能损失受到限制,两者均有利于推进效率的提高;而由于船体的切向伴流微小,桨后旋转动能损失很大,引起推进效率的损失。(3)桨盘面不同距离处多个截面所作的能量分析,不但定量显示出各种能量关系,也可说明船体后螺旋桨尾流的某些性质。     

一种具有倾斜侧体的三体船阻力试验研究

作为一种高性能船型,三体船受到了研究人员的广泛关注。由于侧体位置对三体船剩余阻力会产生影响,为了研究倾斜侧体对三体船阻力性能的影响,设计了一种新型的倾斜侧体三体船,并在拖曳水池中开展了相应的船模阻力试验。试验中,针对这种新型的斜侧体三体船,采用船模拖曳的试验方法测量了不同装载情况侧体多个倾斜角度下的三体船裸船体阻力。而后,依据傅汝德假定对试验数据进行了计算,分析并讨论侧体倾斜角度对三体船剩余阻力的影响。试验结果表明,选择侧体合适的倾斜角度有利于降低三体船的航行阻力,为此类船型的设计尤其是快速性方面的研究和设计提供参考。     

船艉线型对船舶阻力性能的影响

以船体阻力性能为优化对象,基于改造母型船法,分析船艉线型的改变对船舶阻力性能的影响。根据船舶主要参数设计要求,参考同类船型,利用Tribon-Lines模块对船舶艉部型线进行改造,生成两种方案船型,并通过CFX软件对母船型以及方案船型进行粘性绕流场的数值模拟,讨论不同航速下艉部线型对船体总阻力的影响。研究结果表明,在以船体阻力性能为优化对象时,选优后的方形艉在相同的航速下阻力低、消耗的功率小、形状效应小、粘压阻力和摩擦阻力也相对较小。     

双臂轴支架的剖面形状和安装角度对船舶伴流场的影响

水面船舶的艉部附体不但影响船舶阻力,而且对螺旋桨盘面处的伴流场也会产生较大影响。以某大型四桨两舵水面船舶为研究对象,不考虑自由液面的影响,采用RANS方法对船体带附体的三维粘性流场进行数值模拟,重点分析双臂轴支架的剖面形状和安装角度的变化对船舶粘性阻力和标称伴流场的影响。经研究发现,依据轴支架前方流场速度矢量的方向来确定双臂轴支架的安装角度是工程上比较实用的做法。     

船舶附体阻力换算方法研究

船舶的附体种类很多，在总阻力中所占比重较大，可达25％-40％左右，对船舶快速性影响较大。应用若干船模试验与实船试航结果，补充适当的模型试验，对各种附体阻力换算方法进行比较分析，确定比较合适的换算方法，为船模试验结果的准确换算提供依据。     

双桨船采用三因次换算法研究

以一条小方形系数常规双桨船、一条大方形系数常规双桨船和一条大方形系数双尾鳍船的试验计算为例,对双桨船采用三因次换算法进行了研究.研究表明:对常规双桨船,三因次换算法的形状因子k应采用裸船体阻力试验计算值;对双尾鳍船,三因次换算法得出的有效功率偏低,一般不宜采用.     

基于Fluent的船体界面阻力分析

基于 Fluent对船体界面阻力进行仿真分析,采用 VOF的方法模拟船体在空气和水两相中的运动情况,获得不同航速下船体摩擦阻力和压差阻力的关系。考虑方型系数对于船体阻力的影响,建立多个方型系数不同的模型来实现Fluent仿真模拟,获得一定傅汝德数下船体方形系数与船体阻力的关系,得到船舶阻力相对优化的船型。该方法通过更加精确的建模可为船体型线减阻提供更多的依据。     

绿色35,000吨散货船船体线型优化及设计研究

本文针对新一代绿色环保船型研发的需求,在已有性能较为优良的35000吨散货船的基础上,对船体线型作进一步的优化设计。利用势流计算原理及粘性流计算原理分别对船体周围流场特性进行计算分析,结合在船体线型设计方面的经验对原船线型作进一步的改型优化,并通过水池模型快速性试验验证获得了更为优良的船舶线型。经对线型改型优化,既降低了阻力又提高了推进效率,总的节能效果可达9%。说明线型改型优化已取得了较为明显的效果。此外,采用粘性流计算原理进行数值计算应较势流计算原理更为全面合理。特别对原来快速性能已较优良,方形系数CB较大的船型来说,采用粘性流的计算分析法能获得更为合理的结果。     

基于FLUENT的大型集装箱船航速预报方法研究

根据阻力的三因次分析方法计算船舶航行的阻力成份。采用不同的网格划分和离散算法以及相应的控制方程,使用基于CFD的FLUENT软件平台进行数值求解,处理黏性阻力与兴波阻力的计算结果,实现对实船航速的预报。以大型集装箱船作为算例,将数值计算结果分别同模型试验和实船试验结果进行了比较,结果表明采用该数值计算方法得到的实船航速预报结果可达到工程设计应用的精度。     

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。     

不对称船型斜向航行阻力性能仿真与试验研究

能够以一定偏角(船舶纵轴线与航行轨迹切线间的夹角)斜向航行的非对称船型,是国外近年提出的一种新船型,在多种海洋工程作业中有着得天独厚的优势,具有广阔的应用前景。本文通过数值模拟和船模实验方法对一型非对称船型的不同航向的阻力性能进行了研究,计算了其不同斜向航行偏角下的阻力,以获得阻力系数随斜向航行偏角变化的关系,并依据计算结果得到斜向航行角度大于30°时,船体迎流段对黏压阻力的影响将超过去流段的结论,为今后该类船舶的设计提供参考。