粘性流场中船舶操纵水动力导数计算与验证

以软件Fluent作为仿真软件,应用其能够计算流体力学的特点,对操纵船舶的水动力进行预报。其方法为使用软件的动网格及后处理功能,计算出粘性流场中船舶在不同的状态以及在做不同运动时的水动力导数。首先根据船舶的运动状态计算出作用于船舶上的水动力力矩,然后对力矩进行曲线拟合,从而得到粘性流场中船舶操纵水动力导数。仿真计算结果表明,在不同运动状态下船舶的操纵水动力与次频率没有明显关联,所以该粘性流场中船舶操纵水动力导数计算方法完全可行。     

基于CAD二次开发的流场可视化研究

水动力流场计算是水利工程及航道整治工程研究中涉及的重要内容。为实现流场可视化自主研发和便于编辑,提出一种基于CAD二次开发的流场生成及可视化方法。采用Fortran和C#的混合编程技术,基于动态链接库,通过C#与Fortran参数的传递,对AutoCAD进行二次开发。该方法可以在AutoCAD平台上快速绘制流场矢量图和流场云图,也可用不同颜色表示数值的大小,从而实现流场的可视化编辑。以三峡库区长寿河段为例,对该方法进行演示和应用,结果表明其具有较好的可视化效果和实用价值。     

螺旋桨在均匀流场中的非定常水动力数值模拟

采用滑移网格技术,使用基于求解RANS方程的CFD软件数值模拟均匀流场中的螺旋桨非定常水动力性能.为了真正实现螺旋桨的旋转运动,在计算过程中采用定长多运动参考系模型计算出初始流场,再用滑移网格模型完成整个计算.数值计算得到的推力系数和转矩系数与实验结果吻合良好,验证了该方法应用于螺旋桨水动力性能研究的可行性.     

不同湍流模型在螺旋桨敞水性能预报中的应用分析

为研究不同湍流模型在螺旋桨敞水性能预报中适用性,本文采用计算流体动力学(CFD)软件,结合雷诺平均纳威斯托克斯方程(RANS),应用Realizable k-ε模型、SST k-ω模型、雷诺应力方程模型(RSM)3种不同湍流模型对粘性流场中某集装箱船螺旋桨水动力性能进行计算与分析。比较3种不同湍流模型数值模拟结果与敞水试验结果,以分析不同湍流模型数值模拟结果在不同进速系数的特点。结果表明,3种湍流模型均适用于螺旋桨水动力性能计算,仅在不同进速系数区间存在不同特点。     

导管桨水动力性能计算精度影响因素分析

为了研究导管桨水动力数值模拟过程中不同因素对其计算精度影响的规律,选择19a导管和ka 4K-70桨作为计算模型,通过求解RANS方程,分别对导管桨在进度系数j=0.3时,不同交接面位置、不同旋转域划分、不同计算外域划分和不同湍流模型的水动力性能进行数值模拟,并与已有实验值进行对比,探究不同因素对其性能计算精度的影响,同时分析了各自的流场特点。研究得出的相应结论,对今后的导管桨水动力性能的数值模拟计算起到一定的参考作用。     

基于虚拟现实的虚拟航海场景优化系统

船舶操作复杂程度的增加,对虚拟航海场景提出了更高的要求,常规虚拟航海场景设计系统存在着加载时间过长,显示效果较差的缺陷,无法满足现今船员训练的需求,提出基于虚拟现实的虚拟航海场景优化系统设计研究。设计系统硬件包括视景机优化单元、虚拟控制设备选取单元与虚拟现实装置电路结构优化单元;软件包括图像加速绘制模块、航海场景加载速度优化模块与航海场景显示效果优化模块。通过上述硬件单元与软件模块的设计,实现了虚拟航海场景优化系统的运行。实验数据显示:应用设计系统后,缩短了场景加载时间,减小了场景文件大小,表明设计系统应用性能较好。     

二维波状摆动式鱼类自主航行推进性能研究

利用计算流体动力学软件Fluent对二维波状摆动式鱼类自主航行的水动力特性进行了数值模拟.在给定鱼体波动变形方程的基础上,编制实时计算鱼体不同波动参数下鱼体航行速度的程序模块,建立了波状摆动式鱼类自主航行的数值计算模型.研究了不同运动参数下的水动力性能、流场结构及航行速度,结果表明,随着摆动频率及波长的增加,鱼类能够获得更大的推力及自主航行速度.     

KVLCC2船模斜航运动粘性流场及水动力数值计算

采用CFD商业软件FLUENT对KVLCC2模型的斜航运动粘性流场进行数值模拟,计算得到了不同漂角时的横向水动力、首摇力矩、船体表面压力分布及尾流场,通过将计算结果与试验结果进行比较,验证了文中计算方法的有效性.文中采用SST k-ω和RNG k-ε两种湍流模式进行了水动力计算及流场数值模拟,通过将其结果与试验结果进行比较,得出了SST k-ω模式较RNG k-ε模式更为适合于实际船型的斜航运动粘性水动力计算和流场数值模拟的结论.     

破损船操纵运动水动力及舱室流场的数值研究

目前,对破损船操纵水动力研究很少。为计算破损船操纵水动力及其破舱室粘性流场特征,本文基于RANS方程,选取SST k-ω湍流模式,对某新型油船破舱进水后的斜航操纵运动进行数值模拟。计算出破损船在不同斜航角时的总阻力、横向压力、转首力矩的系数,探究其操纵水动力变化情况。模拟破舱室内的流场情况,分析破舱室水的运动特点。最后将破损船数值结果与试验结果进行比较,研究表明计算模型可行,能较好地计算破损船操纵水动力及其流场情况。该研究成果可为今后破舱操纵性规范的制定和船舶优化设计提供理论参考。     

PIV技术在某驳船模型强迫横摇水动力测试中的应用

[目的]为研究船舶横摇过程中粘流场细节以提高横摇阻尼数值模拟精度,[方法]开展了粒子图像测速(PIV)技术在静水强迫横摇水动力测试中的应用研究。首先,采用自制的强迫横摇装置在水池中开展某驳船在不同摇幅和振荡周期下船舶横摇水动力与舭部流场的同步测试。观测舭部粘流场在船体振荡过程中的变化规律,研究横摇阻尼系数随摇幅和周期的变化规律。然后,将模型试验测试结果与计算流体动力学(CFD)软件模拟结果进行对比。[结果]结果表明,CFD预报船舶横摇整体阻尼系数精度较好,但预报的局部流场细节与模型试验测试结果间存在一定的差异,[结论]需在模型试验技术和CFD预报技术上开展进一步研究。     

三维有限长旋转圆柱水动力性能的实验及数值分析（英文）

The hydrodynamic performance of a three-dimensional finite-length rotating cylinder is studied by means of a physical tank and numerical simulation. First, according to the identified influencing factors, a hydrodynamic performance test of the rotating cylinder was carried out in a circulating water tank. In order to explore the changing law of hydrodynamic performance with these factors, a particle image velocimetry device was used to monitor the flow field. Subsequently, a computational field dynamics numerical simulation method was used to simulate the flow field, followed by an analysis of the effects of speed ratio, Reynolds number, and aspect ratio on the flow field. The results show that the lift coefficient and drag coefficient of the cylinder increase first and then decrease with the increase of the rotational speed ratio. The trend of numerical simulation and experimental results is similar.     

大型船舶虚拟机舱视景仿真系统的开发

介绍借助视景仿真建模软件MultiGen Creator和驱动程序接口Vega开发WMS2004轮机模拟器的虚拟机舱视景仿真系统的过程，并结合具体工作详细地分析了在开发过程中所用到的关键技术，该系统在轮机员的培训中收到了令人满意的效果。     

直通截止阀流场与噪声数值分析

针对直通截止阀引起的船舶管路系统流场和噪声问题,采用流体力学软件 Fluent对实际使用的CB855A-DN80直通截止阀流场和噪声进行数值仿真计算。研究结果表明,流阻系数随流体流速增大呈逐渐减小的趋势,但数值变化不大。随着流速增大,水动力噪声声压级逐渐增大。     

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。     

虚拟集装箱码头及其建模技术

提出虚拟集装箱码头的概念,利用虚拟现实软件MultiGen Creator和Vega,开发了一个在虚拟场景中能对集装箱码头进行动态布局和作业仿真的虚拟平台。考虑到场景大、设备多的特点,对虚拟集装箱码头的建模优化技术进行了应用研究。应用该仿真平台,对多种布局规划方案进行仿真和比选,可为规划设计提供依据。     

旋涡影响下的振动翼水动力性能

Fish are able to make good use of vortices. In a complex flow field, many fish continue to maintain both efficient cruising and maneuverability. Traditional man-made propulsion systems perform poorly in complex flow fields. With fish-like propulsion systems, it is important to pay more attention to complex flow fields. In this paper, the influence of vortices on the hydrodynamic performance of 2-D flapping-foils was investigated. The flapping-foil heaved and pitched under the influence of inflow vortices generated by an oscillating D-section cylinder. A numerical simulation was run based the finite volume method, using the computational fluid dynamics (CFD) software FLUENT with Reynolds-averaged Navier-Stokes (RANS) equations applied. In addition, dynamic mesh technology and post processing systems were also fully used. The calculations showed four modes of interaction. The hydrodynamic performance of flapping-foils was analyzed and the results compared with experimental data. This validated the numerical simulation, confirming that flapping-foils can increase efficiency by absorbing energy from inflow vortices.     

轮缘推进器水动力性能数值分析

轮缘推进器作为一种新型的推进方式,取消了螺旋桨推进中轴系的设置,具有舱容占比小、噪声低和振动小等优点,可用于潜艇、鱼雷或者是游艇等海洋航行器,有广泛的应用前景。本文基于STAR-CCM+仿真软件,针对推进器流场进行数值模拟,采用SST k-ω模型完成对轮缘推进器水动力性能的数值计算,分析了建模时简化推进器驱动环间隙及桨叶弦长和螺距比对推进器水动力性能的影响。     

三维场景中截面流场绘制技术研究

回顾以往三维流场显示中的平面式截面流场绘制方法,分析其表现方式的不足,提出置于三维场景中的截面流场显示方式。通过对水平及垂直截面的生成算法和截面流场投影算法的研究,找出适应于复杂边界和地形条件下的高效截面生成算法;基于WPF三维图形平台,以灵活的示踪粒子布设方式,采用C#编程语言编制软件予以实现;将标量场数据作为截面显示材质,实现了截面附加标量场;截面流场模拟可以动态跟踪水位变化,在场景中同时对多个水平或垂直截面流场进行模拟,丰富了对流场三维特性的表现。     

波状摆动式鱼类的推进性能研究

以开发适用于小型潜器的仿生操纵与推进系统为研究背景,利用计算流体动力学软件Fluent对波状摆动式鱼类进行了数值模拟,建立波状摆动式鱼类的数值计算模型,研究不同变形参数对鱼类推进性能以及尾涡流场结构的影响。结果表明,随着波长的增加,鱼类能够获得更好的推进性能。通过对比不同频率下鱼类推进性能以及流场结构,探讨不同滑移率及斯特劳哈尔数对推进性能影响。     

虚拟现实技术在水运工程中的应用与展望

近年来,虚拟现实技术发展较快,已经广泛应用在水运工程设计、施工和运营工作中,主要包括视景仿真、虚拟仿真、辅助设计、远程虚拟监控和虚拟操作训练5个方面。随着水运工程全寿命理论的提出、虚拟现实技术和智能化技术的发展,水运工程全寿命虚拟现实系统、分布式视景仿真系统和智能虚拟港口系统将是今后的发展方向。