海上滑行时两栖车辆的水动力特性数值计算

为了提高海上滑行时两栖车辆的动力控制能力,进行海上滑行时两栖车辆的水动力特性数值计算分析,结合力学控制方法进行两栖车辆的水动力建模和控制优化。提出基于运动力学和阻尼力反馈调节的海上滑行时两栖车辆水动力解算模型,构建两栖车辆在海上滑行时的运动学模型和动力学模型,根据滑行时的阻尼力和水动力进行平衡性控制,在考虑小扰动和稳态误差干扰下,根据两栖车辆的受力情况进行阻尼反馈调节,提高两栖车辆的滑行控制能力,并实现两栖车辆的水动力特性数值优化解算。仿真结果表明,通过对两栖车辆的水动力特性数值计算,提高两栖车辆的海上滑行稳定控制性能,输出动态平稳性较好。     

履带式两栖车辆航驶阻力的数值模拟

本文建立了预报两栖车辆水上行驶阻力的物理模型和数学模型，运用非结构化网格、两方程k-ε湍流模型及有限容积法求解其速度场和压力场，预测了给定工况下的车辆航驶阻力，并进行了流场的可视化分析。结果表明：运用数值方法预测阻力，为两栖车辆减阻提速的研究提供了有利的技术支持。     

考虑流固耦合作用桨毂形状对螺旋桨性能影响研究

基于STAR CCM+和ABAQUS软件,运用平均雷诺方程和SST k-ω湍流模型,建立一种基于流固耦合、可有效预报全浸螺旋桨水动力特性的数值计算方法。以标准模型DTMB P4381为网格验证对象,并对不同桨毂形状下的DTMB P4381水动力特性进行双向流固耦合计算,探讨圆柱形桨毂与球形桨毂对该无侧斜桨性能影响及作用机理。结果表明:考虑流固耦合作用能更准确预报螺旋桨水动力性能;桨毂形状对桨叶根部的流动影响明显,对桨叶表面压力分布的影响可延伸至0.5倍半径处,并且该影响随着进速系数的增大而增大。     

螺旋桨敞水性能CFD不确定度分析

基于商用PANS代码,利用结构化网格技术和流道计算模型对库存螺旋桨敞水性能进行数值计算,并参考ITTC-CFD不确定度分析推荐规程和基准检验试验数据,对其水动力数值模拟结果进行验证和确认.文中为开展网格收敛性研究,共设计了三套网格,网格加细比为平方根2.同时也分析比较了SST k-ω湍流模型和RNG k-ε湍流模型对网格收敛特性的影响,为螺旋桨敞水水动力数值模拟方法向工程应用方向迈进提供技术支撑.     

基于CFD(计算流体动力学)的两栖车绕流场模拟

利用计算流体动力学理论,对不计自由面的两栖车辆的粘性绕流场进行了数值模拟,重点介绍了关键的SST k-ω湍流模型和混合网格布置方法.计算结果基本与实验数据吻合,表明用数值模拟的方法对两栖车的车周流场与受力进行研究有很好的应用前景.     

某滑行艇模型瞬态水动力特性数值分析

针对滑行艇瞬态水动力特性的预报问题,采用基于全六面体非结构化网格动网格技术求解粘性雷诺平均方程的FINE/Marine商用软件,使用自由液面捕捉法,结合SST k-ω湍流模型,进行数值模拟,分析了1.18 m滑行艇在不同航速下的水动力特性,其中自由液面捕捉采用BRICS离散格式.通过与已有的船模试验结果比较,表明文中的模拟方法可以很好预报船舶水动力特性.     

基于OpenFOAM的全回转推进器非定常性能预估

本文选择某一全回转吊舱推进器为研究对象,运用任意网格面元法(AMI)CFD数值计算方法,计算采用的开源数值计算软件OpenFoam对全回转推进器非定常敞水水动力性能进行了研究分析.控制方程离散采用有限体积法,湍流模型选取SSTκ-ω 模型,速度压力耦合采用PIMPLE算法求解.通过与试验结果比较,验证了基于OpenFoam的非定常数值计算方法在全回转推进器敞水性能预报的可靠性和有效性.     

基于CFD的两栖车辆阻力和浮态数值模拟

运用fluent软件,基于计算流体力学(CFD)理论知识,对两栖车辆水上行驶阻力和行驶浮态进行了数值模拟。重点介绍了混合网格的划分方法,对模拟结果和实验结果进行了对比分析。模拟结果和实验结果基本吻合,从而论证了用数值模拟方法对两栖车辆的水上性能模拟研究的可行性。     

滑板角度组合对两栖车辆升阻比影响的仿真研究

针对两栖车辆水上行驶时不同滑板角度组合对车体升阻比的影响问题,阐述了滑板滑行机理,并基于RANS方程和RNG k-ε湍流模型等计算流体动力学(CFD)理论,提出采用FLUENT和正交分析法进行某两栖车辆车体模型静水航行的三维数值模拟及优化分析。分析了两栖车辆在不同滑板角度组合和不同速度下的阻力和升力特性,得出了两栖车辆升阻比的最优滑板角度组合范围,为两栖车辆的设计及优化进行了有益而深入的探索。     

二、三维耦合水动力模型研究I:模型的建立

利用基于非结构网格的有限体积法分别建立了二维和三维水动力模型。在实际工程应用中,二维模型一般用于模拟浅水自由表面流动,而三维模型在水流参数垂向结构变化较大时适用性更强。结合两者的特点,建立了二、三维耦合水动力模型。首先通过2个经典的算例来分别验证二维和三维水动力模型的精度和可靠性,最后通过一个潮流在斜坡地形上的传播实验来比较研究二、三维耦合水动力模型的实用性。结果表明,耦合模型在保证计算精度的同时,可有效提高工作效率。     

水下拖曳系统水动力特性的计算流体力学分析

提出了一种新型的水下拖曳系统三维水动力数学模型。在该模型中拖曳缆绳的控制方程由Ablow andSchechter模型给出,Gertler and Hargen的水下运载体六自由度运动方程被用来描述拖曳体的水动力状态。通过对拖曳缆绳和拖曳体的控制方程在连接点处进行边界条件耦合,从而构成整个拖曳系统的水动力数学模型。在研究中,拖曳系统的水动力数学模型通过时间与空间的中心差分方程来逼近,每一时刻拖曳体所受的水动力通过求解Navier-Stokes方程得到。所提出的模型特别适用于拖曳体为非回转体、非流线型的主体,或必须考虑拖曳体各组成部分的水动力相互影响的情况。计算结果与相应的实验室样机试验结果的比较表明,所提出的模型可以有效地预报拖曳系统的水动力特性。利用所提出的水动力模型,对华南理工大学提出的自主稳定可控制水下拖曳体在实际海况下的数值模拟结果显示,所分析的拖曳体具有良好的运动与姿态稳定性,是一种值得开发研究的新型水下拖曳体。     

基于三元可控速度矩法的水下航行体推进泵参数化设计方法

随着水下航行体对推进器高性能和低噪声要求与日俱增,迫切需要研究适用于水下航行体的推进泵.本文选出影响水下航行体推进泵水动力性能的主要参数,基于三元可控速度矩方法,编写Matlab程序对推进泵进行参数化设计,并结合CFD数值模拟方法进行设计优化与试验验证.CFD计算结果表明模型泵水力效率能达到83%,达到设计目标并准确把握了设计工况点,验证了本方法的可靠性,为开发高性能水下航行体推进泵奠定基础.     

多点系泊定位FDPSO船体水动力性能数值模拟和模型试验研究(英文)

由于中国南海海域海况十分恶劣,浮式钻井生产储油轮(FDPSO,Floating,Drilling,Production,Storage and Offloading vessel)定位方式的研究是海洋工程界值得关注的课题。文章采用数值模拟和模型试验的方法对多点系泊FDPSO水动力性能开展研究。数值模拟包括FDPSO船体频域水动力性能计算和船体/锚链时域耦合分析。船体频域水动力性能计算得到了水动力系数,波浪力和运动幅值响应算子;时域耦合数值分析得到了中国南海海域一年一遇海况和百年一遇海况下船体六自由度运动时历。模型试验在上海交通大学海洋工程深水池开展,包括静水衰减试验,白噪声试验和不规则波试验。对数值计算结果和模型试验结果进行了比较,验证了数值结果的准确性,并对多点系泊FDPSO在中国南海海域的水动力性能进行了研究。     

水下航行体回转水动力数值计算研究

准确预报水动力对水下航行体的安全操纵设计而言至关重要。基于商用软件FLUENT数值求解RANS方程,采用定常旋转坐标系,运用相对运动理论及运动叠加原理,并对控制方程中向心力源项空间离散误差进行修正,预报水下航行体做单平面回转运动的受力及力矩。在Re=11.7×106条件下,力和力矩预报精度的偏差在12%以内,表明所采用的数值预报方法有效、可行,具有较好的工程实用价值。     

直翼推进器水动力性能数值模拟

在直翼推进器的工作原理分析的基础上，以某型直翼推进器的缩比试验模型为研究对象，利用基于计算流体力学的数值模拟方法进行了建模与仿真，并通过将数值仿真结果与试验数据相比较的方法验证了仿真方法的准确性。在此基础上，对直翼推进器的流场特性、敞水性能、桨叶及整桨载荷等水动力特性进行了分析，为直翼推进器水动力性能预报及桨叶及推进器设计提供了技术支撑。     

复杂形体远程操控水下运载器水动力阻尼模型建模和检验(英文)

In this paper,numerical modeling and model testing of a complex-shaped remotely-operated vehicle(ROV) were shown.The paper emphasized the systematic modeling of hydrodynamic damping using the computational fluid dynamic software ANSYS-CFXTM on the complex-shaped ROV,a practice that is not commonly applied.For initial design and prototype testing during the developmental stage,small-scale testing using a free-decaying experiment was used to verify the theoretical models obtained from ANSYS-CFXTM.Simulation results are shown to coincide with the experimental tests.The proposed method could determine the hydrodynamic damping coefficients of the ROV.     

基于代理模型的水下航行体头型优化设计方法研究

文章采用Kriging代理模型技术针对水下航行体头型优化设计开展研究。采用CFD方法分析了不同头型水下航行体的流体动力性能,将性能参数作为初始样本建立代理模型;根据测试样本点的预测均方误差选择加点策略更新代理模型,提高代理模型预测精度;采用非劣分类遗传算法对阻力和表面压力开展多目标优化,寻找近似最优解。结果表明:基于代理模型技术的水下航行体头型多目标优化设计方法可以有效提高设计效率,获得具有良好水动特性的航行体头型。     

模块化小型水下航行器设计及其水动力学性能研究

基于模块化思想,设计一种小型水下航行器,该航行器共分为艏舱、前侧推进舱、前浮力舱、主控舱、后浮力舱、后侧推进舱和艉舱7个舱室,并在航行器上安装可拆卸式滑翔翼板,由滑翔翼提供向上升力。设计完成后,建立航行器的三维数值仿真模型,采用CFD软件对其进行水动力学性能预报,分析水下航行器的流场分布以及不同攻角下的升力和阻力特性,并通过试验验证数值仿真结果的准确性,为新型水下小型航行器的设计提供研究思路。     

波浪作用下月池开口对钻井船水动力的影响

结合模型试验与频域数值计算结果,分析月池对船体水动力性能的影响,并对模型试验与数值计算的RAO、月池敞开和封闭的RAO、运动统计结果和附加质量系数进行对比。分析结果显示:月池开口会增大横摇和垂荡运动幅值,并且减小船体的横摇固有周期;当外部激励使月池发生共振时,月池内流体产生的附加质量会发生剧烈变化。因此,月池开口对船体水动力性能会产生一定负面影响,作业时,应当避免发生共振现象。     

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。