基于CFD的船舶破舱进水时域模拟

船舶因破损进水导致危险情况甚至倾覆是船舶安全性研究中的重要问题。船舶在破损后进水的过程中,可能存在比最终状态更加危险的中间状态。本文以STAR-CCM+软件为研究工具,实现了对某客滚船瞬时非对称进水的动态模拟。针对自由漂浮的客滚船破损情景,论文利用VOF方法模拟水气自由液面,并首次利用重叠网格(Overset Grid)动网技术结合DFBI(Dynamic Fluid Body Interaction)六自由度求解器处理船舶破舱进水过程中的船舶升沉、横摇等运动。模拟结果可以得到舱内液面和船舶浮态随进水时间的变化情况,观察到水柱射流、水花飞溅等瞬时现象;将最终浮态结果与传统准静态方法相比较,吻合较好。     

舰船破舱进水过程时域模拟

舰船破舱进水过程的时域模拟是解决未来舰船破损沉没时间预报、可供救援时间预报、救援措施选择等诸多新挑战的惟一可行方式。目前国内对舰船破损稳性的研究并没有涉及舱内空气对进水的影响。本文对破舱进水过程时域模拟的研究方法进行了探讨。应用Fluent软件对大量二维及三维计算模型进行了破舱进水的时域模拟;探讨空气流对进水过程的影响。对船舶破损口处进水速度的变化进行讨论和探讨。得到结论:在特定情形下,对于空气流的计算模拟必须考虑在内,并且提出了1种减少计算域的研究方案。这些探讨对破舱进水时域模拟研究方法的选择有一定借鉴意义。     

考虑波浪作用影响的船舶破舱进水横摇时域分析

进行了船舶在横向规则波中舱室破损进水的二维时域模拟,采用准静态法,认为所有进水液面为水平,进水过程考虑破口内外液面变化,应用简化的水动力模型(伯努利方程)计算进水体积及进水倾斜力矩.考虑波浪静水压力作用,研究横向规则波频率、波高、破口位置对船舶破舱进水横摇运动时历影响.     

基于液体交换的船舶破舱时域模拟

文章将船舶进水时域过程作为拟静态处理,计算出每个时刻的内外液体交换量,然后使用损失浮力法求解浮态方程计算该时刻的船舶浮态,直到进水过程终止.提出了一种适用于破口内外液体密度不同且互不相溶时计算液体交换的方法,给出了不同粘度液体的流量系数回归方程,并且针对一艘液货船破损后内外液体的交换情况进行了计算.提出的方法可以为破损船舶的救援以及防污染工作提供很大帮助.     

基于CFD的船舶破舱进水流量系数研究

在船舶安全性研究过程中船舶破舱进水始终是重点关注的危险事件之一。本文通过建立船舶舱室底部破损的简化模型并使用流体力学计算软件Fluent,采用VOF法进行仿真计算。通过检测进水量得出基于瞬态的船舶破舱进水流量系数,并比较在底部破损口的情况下,不同破损大小、形状及破口所处水深对进水流量系数的影响,为船舶破舱事件中可以更加快速准确地评估船舶破损状况并选择合理救援救助方案提供参考。     

船舶时域破损稳性问题的计算流体力学方法

波浪中船舶破损进水流动现象受破舱形状、波浪等因素的影响,具有强非线性水动力特征.为了提高数值预报精度和深入理解力学机理,需要多种形式的动态场景数据和相关物理量的实时数据.计算流体力学方法是破舱进水动态演变过程仿真的有效工具.论文综述计算流体力学方法在破舱稳性时域仿真中应用的进展,分析了方法的局限性和优点,并总结和展望了...     

船舶破舱状态浮态的时域计算分析

基于准静态计算法,开发时域数值模拟计算程序,对船舶确定性破舱的浸水过程以及从舱室进水开始到浸水量稳定时刻再到船体停止横摇趋于稳定的时域内船体浮态进行分析,旨在弥补以往的破舱稳性计算和研究无法表现船舶横摇中浮态随时间变化的缺憾.并将这一计算模型用于3 100 TEU集装箱船某一破损条件下的确定性破舱稳性时域计算,得到结果经过对比分析证明具有较高合理性.基于计算结果,对破口长度对破损后的横摇过程的影响进行归纳.     

空气可压缩性对船舶破舱进水影响研究

在船舶破舱进水过程中,船舱内外流体动力行为非常复杂。本文采用CFD方法研究了考虑空气可压缩性影响情况下的船舶破舱进水动力学问题。研究中建立了基于求解RANS方程的船舶破舱进水计算模型,对姿态固定的破损箱型驳船进水过程进行时域模拟。将数值模拟结果与模型试验结果进行比较,验证了本研究所采用的计算模型的有效性。对数值模拟结果进行分析,如舱内水位变化情况、水体流经破口及在舱内蔓延现象及空气可压缩性对船舶破舱进水过程的影响。     

舰船进水过程中沉没判据研究

目前,国内外对于破损舰船沉没判据的研究,主要以舰船破损进水后的最终状态为判断依据,没有考虑进水过程中可能出现的危险状态,有一定的局限性。本文在分析美海军沉没判据不足的基础上,给出新的沉没判据表达式,用以判断舰船在进水过程中是否发生沉没,并通过某船计算验证该沉没判据的准确性。     

基于体积力方法的船舶波浪回转运动数值仿真

研究船舶在波浪环境中的自由操纵运动对船舶操纵性具有重要意义。本文对ONRT全附体模型在规则波中的回转运动进行仿真研究。采用基于结构化动态重叠网格的自研CFD软件HUST-Ship求解RANS方程与船体六自由度运动方程的耦合问题。RANS方程通过有限差法离散,并使用PISO算法进行求解。波浪中操纵运动使用了移动计算域方法,而且船后螺旋桨使用迭代型体积力方法替代,提高计算效率。波浪回转操纵运动特征参数(纵距、正横距、战术直径)的预报结果与试验数据进行了比较,验证了仿真的可靠性。进一步分析了运动特征参数的变化,研究波浪对回转运动的影响。     

舰艇进水过程中的不沉性指标计算及实验研究

为了描述舰艇进水过程中的不沉性指标随时间的变化关系,文章首先建立了进水过程的姿态参数时域微分模型;然后,分析了国外提出的流量差值迭代法的不足之处,建立了基于“四阶龙格-库塔”的数值求解算法,分析了其求解的物理意义,并进行了船模实验验证。最后,以某船模为对象进行了进水过程中浮性和稳性指标的仿真计算,计算结果揭示了进水过程可能会比进水稳定平衡状态更加危险的现象。     

基于重叠网格的导管桨非定常水动力性能数值模拟

为了研究特种推进器导管桨在非定常下的水动力性能,本文提出一种基于重叠网格的方法,实现了导管桨旋转过程中的非定常水动力性能仿真高精度模拟。本文通过求解RANS方程,采用湍流模型Realizableκ-ε,借助新款计算流体软件STARCCM+,应用重叠网格技术和MRF模型分别计算了导管桨在非定常与定常时的水动力性能,分析了压力流场细节,并与已有试验值进行对比,验证了采用重叠网格技术和STAR CCM+流体软件应用于导管桨非定常和定常水动力性能计算的可靠性。研究结果表明,应用重叠网格技术获得的非定常水动力性能的计算精度更高,尤其是在螺旋桨的推力和扭矩方面。     

FPSO与油轮串靠外输时的系泊时域分析

Problems experienced during Floating Production, Storage and Offloading (FPSO) tandem offloading operations were investigated. The aim of this research was to improve the reliability of such systems, and it needed a means to assess them. Time-domain simulation and analysis of offloading systems was performed using the multi-body mooring software ARIANE 7.0. Hydrodynamic interaction between the vessels was considered. The responses of the offloading system in different loading cases, different parameters of offloading hawsers and the effects of challenging environmental conditions were calculated. There was a focus on the problems of relative motion between the two bodies and its effects on the intensity of hawser forces. Minimum relative distance, maximum relative headings and maximum tension in the hawsers of offloading systems were obtained by time-domain analysis. The time-domain analysis was effective and comparative study can be used to optimize parameters of the system and extend operating limits.     

基于CFD与三因次法结合的低速多用途船的阻力预报

为了实现对低速多用途船舶的阻力性能进行准确预报,提出将基于CFD的数值模拟与三因次法相结合的总阻力预报方法,采用Solidworks三维软件对某低速多用途船进行三维建模,依据Gambit软件对模型进行流域划分和网格划分,应用CFD理论选取合理的湍流模型和求解方法进行数值模拟计算,得到对应航速下船模的总阻力值系数,根据普鲁哈斯卡假设和三因次方法,利用最小二乘法拟合形状系数,进而计算出实船的总阻力,并且分析数值模拟的速度云图.最后与传统阻力估算方法-艾亚法进行比较,说明本文采用的阻力计算方法是可行性,给今后低速多用途肥大型船的阻力研究提供借鉴.     

基于CFD的双体船航行阻力研究

为研究双体船结构航行阻力,首先建立其几何模型,并将其简化为一二维流场,将流体力学理论与湍流能量耗散方程相耦合,对船身航行阻力进行流体动力学计算,得到其航行阻力特性参数。计算结果表明:本文采用的方法收敛速度较快,稳定性较好,能够有效计算船舶航行阻力,可为船舶结构设计提供参考。