基于CFD的风电双体运维船片体间距优化研究

通过某双体船船模试验和CFD仿真数值的对比,验证了CFD仿真方法的可靠性,并利用此方法来研究双体船片体不同间距对阻力的影响,从而得到较为合适的片体间距,为以后海上风电运维船的双体船船型设计提供一些参考。     

基于兴波理论与阻力图谱资料的高速双体船阻力预报方法

在原苏联"方尾图谱"重分析和改进的基础上[1],基于兴波阻力的薄船理论与船模试验数据的结合,提出用兰金(Rankine)体的波幅函数代替实际船型的波幅函数,以确定双体船片体间的阻力干扰因子,从而计算得到双体船的兴波阻力.整个计算过程直接使用Microsoft Excel,对新方尾单体船电子阻力数据执行查值和进行主要影响系数的修正计算,粘性影响修正与总阻力计算;进行不同尺度的快速性方案比较,以及确定高速单体船或高速双体船的总阻力与有效功率曲线.通过WP60穿浪双体船一算例与船模试验结果的比较表明,该方法是一种实用、高效、灵活、便捷和可靠的计算方法.     

用Rankine波幅函数预报高速三体／五体船主体与侧体的兴波阻力干扰

基于兴波阻力的薄船理论,作者曾提出用兰金体波幅函数(RWAF)代替实际船型的波幅函数,确定了高速双体船片体间的阻力干扰因子,从而可计算得到双体船的兴波阻力.本文将该方法用于高速三体船侧体与主体之间的兴波阻力干扰计算,以探讨主、侧体尺度及相对位置变化对于兴波阻力干扰因子τO、τOM的影响及其变化规律.基于这一研究结果,可实现用单体船阻力的实验资料,经过侧体、主体间的兴波干扰影响理论修正,来估算高速三体船的阻力;同时可用于对于最小阻力三体船片体尺度与布局之优化.     

海上风电场维护船船型总阻力和纵摇升沉运动研究

根据海上风电场维护船的使用和性能要求,分析小型单体船、双体船、多体船对于海上风电场的实用性,最终确定采用双体船型为风电维护船船型。结合小水线面双体船和穿浪双体船的船型优点,对风电维护船片体进行改进,得到常规型和改进型双体风电维护船型方案。采用CFD仿真技术,利用常规双体船型探索双体船阻力CFD仿真方法,对改进船型进行阻力仿真计算。采用船舶设计软件NAPA的耐波性模块计算分析两种船型的纵摇和升沉性能,得到了维护船不同速度和浪向角时两船型的纵摇和升沉响应曲线。     

双体船错位消波试验研究

本文通过一条对称片体双体船和一条非对称片体双体船的对比试验，探讨了双体船片体间距比对阻力的影响，得出了最佳片体间距比。在此基础上，着重试验了双体船片体错位的消波影响规律，为研究错位型双体船提供了可靠的资料。     

双体船/三体船兴波阻力数值预报方法研究

采用改进的Dawson方法,自行开发了可用于双体船、三体船兴波阻力的数值预报程序,并且考虑了高速三体船方尾的处理.利用本文的数值预报方法分别计算了一条小水线面双体船和一条三体船,验证了本文的数值预报方法在一定范围内能较合理地预报双体船、三体船的兴波阻力.此外,还讨论了该方法在三体船片体位置优化中的应用,通过和试验值对比验证了该方法可用于三体船片体布局优化.     

双体船在任意浪向中的运动分析(续)(英文)

本文分析了双体船在任意浪向中航行时的运动和受力.得出了表征双体船运动方程中各流体动力和扰动力的数学表达式.这些数学表达式不仅适合于双体船,同样可用于单体船,也可推广应用于多体船。 在分析双体船的流体动力和扰动力时,除了考虑航速和末端项的影响外,还考虑了有航速情况下两片体间的流体动力干扰。对于双体船,这些流体动力干扰不容忽略。     

横向非对称船的波形分析与双体船的横向间距选择

本文首先给出了横向非对称船的波形表述及其分析方法。采用纵切法耐,需要在船的两侧各测量一道波,以求出横向非对称船的波幅谱。以上述的波形表述及其分析方法为基础,根据线性兴波理论的原理,推导了双体船波系与单体波系间的数学关系,给出了两种波系间的波谱函数互为表示的关系式。采用两种数值计算方法,由单体波系预估双体船的波阻,並与实测波阻进行了比较。结果表明,这种预估方法有一定的实用性,可作为选择双体船、尤其是高速双体船横向间距的一个方法。     

三体船操纵特性计算机数值仿真

以三体船水动力型和K、T响应型（线性和弱非线性）操纵性运动方程为理论基础,以三体船重心运动轨迹微分方程组为数值仿真基础,采用仿真计算工具Matlab软件,对三体船回转运动轨迹、操纵性曲线以及Z型操纵试验曲线等操纵运动特性诸元进行了仿真计算。通过和单体船的对比分析,所得出的计算结果比较合理,计算结果显示三体船较单体船定常回转特性有所下降,而直线稳定性有所加强,跟从性和转首性有所提高。     

应用双二次样条函数计算高速双体船的兴波阻力和改进船型

本文提出了计算双体船的兴波阻力和运用二次规划方法求最小兴波阻力船型的方法。根据Michell的线性薄船理论计算双体船的兴波阻力。通过用双二次样条函数表示船体曲面，双体船的兴波阻力系数表达为型值的二次武。进一步运用二次规划优化方法改进船型，并在目标函数中增加了光顺性项，有效地控制了改型后船体曲面的光顺性。本文计算了双体船在不同间距船宽比下的兴波阻力系数，并对藏体间距船宽比为2、Fr数为0．50的高速双体船加以改进。理论计算取得了明显的降阻效果。模型试验结果表明剩余阻力系数也有较大幅度的下降。理论计算和模型试验结果的一致表明了本优化方法的可靠性。     

双体船阻力的模型试验和理论计算

本文以一般棱形系数0.645的海洋双体船为对象,通过兴波阻力理论计算和模型试验研究,对双体船的阻力问题作了较详细的探讨。双体船的兴波阻力系由自身兴波阻力和干扰阻力两部分所组成,主要是船型形状、佛氏数和间距船长比的函数。根据薄船理论对双体船阻力利用电子计算机进行了一系列计算,研究了不同间距和航速变化对阻力的影响。计算表明,在佛氏数0.30至0.36范围内,尚选择适当的间距,有可能出现有利干扰。在产生有利干扰的区域内,最佳间距随着佛氏数的增加而减小。而在佛氏数0.36至0.50范围内,双体之间的相互作用将增加阻力,因此,双体船的总阻力大于当间距为无限大时的阻力。文中通过模型试验与计算结果作了比较,证实了上述的结论。但在阻力定量和决定最佳间距方面,薄船理论计算与模型试验结果之间尚存在着一定的差距,由模型试验得出的最佳间距往往大于理论计算。试验中并说明当佛氏数小于0.30,如果间距船长比大于0.25,则间距对双体船的阻力影响不大。最后并和一般等长度、等吃水和等排水量的单体船的阻力作了相应的比较,指出虽然在低速时双体船的摩擦阻力较大,但当佛氏数大于0.34,由于双体船具有较大的长度排水量比,其总阻力小于单体船。     

片体间距对SWATH船横向波浪载荷的影响

小水线面双体船独特的片体结构使横向波浪载荷成为其最危险的波浪载荷.在小水线面双体船设计初期,片体间距的确定十分重要.本文根据工程中某小水线面双体船的相关资料,对其正常装载状态、满载状态和最大排水状态3种装载状态进行波浪载荷预报.采用三维频域计算方法,对不同片体间距的小水线面双体船进行波浪载荷预报,给出各横向波浪载荷分量的RAO值和长短期预报值,并将波浪载荷的长期预报值与ABS和CCS中载荷的规范值进行比较.通过比较不同片体间距小水线面双体船的载荷预报值,得到小水线面双体船片体间距对其波浪载荷的影响特性,为小水线面双体船的初步设计提供依据.     

双体船干扰阻力计算研究

根据给定的方艉双体船,用Fluent软件进行船舶阻力计算,通过不断调整双体船片体间距,分析片体间的干扰阻力与片体间距之间的关系,并且将CFD软件模拟结构与理论计算结果进行对比,结果证明,软件计算结果与理论计算结果吻合较好。     

高速双体船模型阻力试验及片体间波系干扰分析

本文就三种不同横剖面形状的高速双体船(Fr=1.1)的模型阻力试验资料,分析了船型、间距比和Froude数对双体船阻力的影响,文中提出了把双体船片体间波系干扰分为横波干扰和散波干扰的分析方法,另外还考虑了当片体间距相对小、航速相对高时,片体间发生的流动阻塞现象。根据片体间波系干扰分析方法并结合试验观察,本文推荐简易有效的片体间无干扰间距的计算式和片体间流动阻塞衡准式。     

高速排水型船舶艉浪数值计算

采用近、远域结合的方法,对高速排水型船舶在深水状态下的NPL单体船、双体船以及三体船的艉浪进行数值计算,计算与试验比较表明该方法是可行性的,初步探讨了深水条件下单体船艉浪的衰减规律。     

穿浪双体船剩余阻力影响因素分析及总阻力预报方法

文章在30～60米级穿浪双体船系列模型试验研究和实船设计的基础上,对影响穿浪双体船剩余阻力的相关因素进行分析.其中片体瘦削系数L/△<'1/3>、片体间距比K/b和艉扰流板深度h对于穿浪双体船的剩余阻力影响显著,实船设计中存在最佳状态.文中对模型试验数据进行分析整理,绘制了不同片体间距比下的剩余阻力系数图谱,提出了一种基于模型试验的穿浪双体船总阻力预报方法,计算实例表明该方法在设计初期缺少模型试验的情况下,能够较准确、高效地预报穿浪双体船的总阻力,对穿浪双体船参数的优化和快速性预报有一定的工程实用价值.     

片体间距对SWATH船横向波浪载荷的影响

小水线面双体船独特的片体结构使横向波浪载荷成为其最危险的波浪载荷。在小水线面双体船设计初期,片体间距的确定十分重要。本文根据工程中某小水线面双体船的相关资料,对其正常装载状态、满载状态和最大排水状态3种装载状态进行波浪载荷预报。采用三维频域计算方法,对不同片体间距的小水线面双体船进行波浪载荷预报,给出各横向波浪载荷分量的RAO值和长短期预报值,并将波浪载荷的长期预报值与ABS和CCS中载荷的规范值进行比较。通过比较不同片体间距小水线面双体船的载荷预报值,得到小水线面双体船片体间距对其波浪载荷的影响特性,为小水线面双体船的初步设计提供依据。     

双体船兴波阻力数值计算及兴波干扰研究

本文基于Noblesse新细长船理论,编制了Matlab兴波阻力数值计算程序。对双体Wigley船型进行了计算,并将船模阻力实验值与计算结果对比,验证程序的可靠性。同时,计算了一艘实际双体船,给出了该船在设计航速下出现有利干扰的片体间距范围,为该船的设计提供一定的理论依据。     

双体船的静水阻力估算

根据Fr＜0．38的9条具有对称片体的双体船的阻力试验资料，探讨了船型对剩余阻力系数CR的影响，应用归纳方法得到CR的峰、谷值及时应的傅汝德数的表达式．所有估算表达式均以参数：相对片体间距k／b、宽度吃水比b／T、棱形系数CP和排水体积长度系数CV的函数形式表示．按本文提出的双体船阻力估算方法所得结果与模型试验的吻合比较满意．     

双体船行驶剩余阻力影响因素数学模拟系统

为缩短双体船的片体间距,促使船行速度不断提升,进而降低剩余阻力对船体行驶的物理影响,设计双体船行驶剩余阻力影响因素的数学模拟系统。通过双体船传感器设计、模拟A/D转换器设计、行驶剩余阻力采集接口板卡设计3个步骤,实现数学模拟系统的硬件运行环境搭建。在此基础上,通过行驶剩余阻力计算、模拟影响因素判断2个步骤,实现数学模拟系统的软件运行环境搭建,结合相关硬件设备结构,完成双体船行驶剩余阻力影响因素的数学模拟系统设计。改变因素影响指标设计对比实验结果表明,随着数学模拟系统的应用,双体船片体间距始终小于9 cm,船行速度的峰值超过27 km/h,剩余阻力对船体行驶的物理影响得到有效控制。