舰船尾流大涡模拟方法

针对舰船尾流直接数值模拟方法(DNS)耗时长、存储空间大等缺点,利用三维大涡模拟方法(LES)建立舰船尾流场控制方程,结合实船的初始边界条件,对流场在3个方向的速度及压强分布进行大尺度数值模拟分析。结果表明,流场中存在对称面,各变量相对其呈对称分布;流向速度呈指数形式衰减;展向速度分布具有三角函数的周期性特点。该方法计算效率较高,占用空间较少。     

舰船气泡尾流特性的数值模拟和实验研究

文章基于N-S方程,并结合两相流的相关模型,数值模拟了双桨实船气泡尾流。通过海水中气体含量的变化情况,分析了尾流气泡产生、增大、破碎和消失等过程。得到了近场扩散区和远场尾流区中含气量的空间、时间分布特性。研究结果表明,近场尾流区中海水含气量基本以乘幂格式衰减,而在远场尾流区,则与指数衰减格式符合得较好。用光学的方法模拟测量了舰船尾流的衰减规律,实验结果与文中的理论数值结果一致。     

舰船主尺度参数对舰船气泡尾流几何特性的影响

为了解舰船主尺度参数对尾流中气泡分布的影响,为依据尾流特征识别舰船,激光、声探测舰船尾流以及鱼雷的尾流自导提供依据,采用热分层环境下舰船远场尾流中气泡数密度分布计算的数学模型.首先数值计算驱逐舰尾流中气泡数密度的衰减规律,并与实测结果进行比较,二者定性符合得较好.然后利用该模型数值计算3种典型舰船的气泡尾流几何分布特性,分析船长L、船宽B、吃水T、长宽比L/B以及长度吃水比L/T等舰船主尺度参数对气泡尾流长度、宽度、深度及横截面分布的影响规律.     

基于自适应直角网格的高速方尾船气泡尾流模拟

航行水面舰船的尾流中含有大量气泡。气泡尾流具有演化时间长、扩散范围广等特征,对舰船的噪声、隐身性能等产生影响。这项研究通过自主开发的两相流求解器,采用大涡模拟方法对方尾船后的近场尾流进行数值模拟。使用自适应直角网格方法进行动态网格加密,通过几何VOF方法捕捉自由面和尾流中较大的气泡,利用高阶浸入边界方法模拟方尾船体表面。通过对方尾船不同吃水深度下气泡尾流的模拟,获得其形态特征。对尾流模拟数据进行时间平均和空间平均,得到尾流两相混合区域的速度分布。使用自主开发的气泡识别程序,获得尾流中气泡尺寸的分布和空间分布规律。     

不同船型气泡尾龄的换算

为了解不同船型气泡尾龄的特点,利用小尺度舰船取代大尺度舰船进行气泡尾流探测实验提供依据,选取舰船尾流水面处沿船长方向变化的气泡数密度的最大值作为舰船气泡尾龄换算的主要特征量,估算了在尾流初始截面处该特征量与船首浪高、舰船航速的关系。基于文献[1]给出的数值模拟方法对不同尺度船型气泡尾龄进行了相互换算,理论计算结果与实船探测基本一致。     

基于大涡模拟的大型水面舰船复杂风场数值模拟

基于大涡模拟LES和雷诺时均N-S方程RANS对不同风舷角下的大型水面舰船风场进行数值模拟，并采用Isherwood经验公式对其风载荷进行计算。将数值模拟结果与经验公式进行对比，验证LES和RANS二者对大型水面舰船风载荷预报的适用性。同时，对比分析基于LES法与RANS法模拟得到的不同风舷角下大型水面舰船的风场特性。研究结果表明：采用数值模拟法能获得合理的数值预报结果，而Isherwood法在部分风舷角下的适应性较差；采用LES法和RANS法得到的表面风压、流线和速度场差异不大，而涡结构差异较大；LES法能较好地捕捉到大尺度漩涡破碎生成小尺度漩涡，而RANS法仅能捕捉到少量长条结构的大尺度漩涡和涡鼓包。     

水面舰船尾流电导率信号分布的实验测量与数值分析

舰船运动时其尾流显示出其运动轨迹，它是比舰船本身放大若干倍的目标。通过尾流的电导率特性来检测水面舰船尾流是一种新的有效手段，这是因为海水的电导率与海水的速度和盐度（或温度）有关。而尾流区与非尾流区之间存在速度差和盐度（或温度）差，利用电导率探头可获得对应于这些差别的综合信号。作者在试验水槽中构成了与海洋环境类似的盐度分层流场，水槽由10mm厚的有机玻璃板制成．其长、宽、深分别为700cm、45cm、57cm，杠水槽的两侧沿其纵向装有滑轨阻便坐标架运行。水槽中由双螺旋桨自航水面船模产生尾流，分别在盐度分层流场和非分层均匀流场中测量了尾流电导率信号的横向分布，并对盐度分层流场中水面舰船尾流的纵向速度分布进行了数值计算。试验结果表明：在盐度分层流场和非分层均匀流场中。水面舰船尾流的电导率信号沿其横向都近似呈高斯分布；尾流速度对其电导率信号的影响比盐度梯度的影响大得多，在本实验条件下前者比后者约大8倍；尾流的无量纲纵向速度亏损的数值计算结果，与尾流的相对电导率信号横向分布的实测结果具有很好的一致性，在尾流中心区域该数值计算结果与实测结果的相对误差约为12％。     

舰船气泡尾流特性研究现状

为了对水面舰船尾流的特性和产生机理进行试验测量和理论分析,并以此为基础,建立舰船气泡尾流模拟系统,进而研制声光复合尾流自导系统.在阅读相关文献及参考相关试验结果的基础上,对舰船气泡尾流特性的研究现状进行了总结.从气泡的运动、气泡的分布及气泡数密度变化规律3方面阐述了尾流中气泡特性;从舰船尾流的长度、宽度、深度3方面描述了气泡尾流几何特性的数学模型;指出了气泡尾流特性的研究方向以及急需解决的2个重要问题.     

实验室气泡大小的测量

对水中气泡的尺寸特性进行了研究,采用激光全息摄影分析系统对模拟舰船尾流气泡的尺度进行测量.该方法能够较为准确地测量出气泡的尺度分布,与参考文献中提出的尾流气泡尺度分布相比,具有一定的相似性,为实验室准确模拟尾流中的气泡提供了依据.     

基于鱼雷自导的舰船尾流回波模型建立方法

在国内外有关实测数据及研究现状的基础上,对尾流环境下的混响进行了模拟,研究了尾流中气泡尺寸分布函数和尾流散射系数等参数的计算方法,建立了舰船尾流回波的声学模型.分别对鱼雷工作在尾流区和非尾流区的回波信号进行仿真实验和比较,仿真结果表明鱼雷工作在尾流区和非尾流区的回波信号是明显不同的,这为尾流自导鱼雷探测舰船的尾流从而进行目标的跟踪和打击提供了依据及研究基础.     

舰船尾迹气泡上浮运动的一种表征模型

气泡上浮运动是舰船远程尾迹气泡场特征的重要组成部分。本文首先综合考虑水中气泡上浮与扩散传质这两个相互耦合的因素,构建了能够表征舰船远程尾迹场中气泡上浮运动的数学模型：进而利用该模型计算分析了远程尾迹气泡场气泡数密度的变化情况,计算值与实验结论吻合良好,表明了该模型的正确性与应用价值。     

基于欧拉方程的实效伴流计算

采用有限体积法计算螺旋桨与船尾的干扰流场,船尾流场采用欧拉方程进行求解,通过与螺旋桨性能计算程序相互迭代确定其实效伴流场。对桨盘处轴向伴流的计算表明,计算结果是合理的。     

浅吃水肥大型船的尾部线型研究

从分析船舶尾部伴流场对船舶阻力推进,操纵及船体振动性能等影响的观点,研究尾部三维伴流场,介绍尾型与伴流场之间关系及非对称双尾鳍船型的形成。非对称双尾鳍船型与优选的常规双尾鳍船型模型的阻力,自航及伴流场等比较试验结果表明,非对称双尾鳍船具有两大优点,首先,该船型能在浆前方产生一个与外旋浆旋向相反的预旋流,在保持了优良阻力性能前提下可提高外旋浆推进效率8％,获得阻力,推进,操纵各性能间的最佳配合,第二,轴向伴流分布比较均匀,满足BSRA5项衡准指标,改善了螺旋浆工作的流场条件,减少了螺旋浆产生空泡及其诱导船体激振的危险,使节能与减振得到统一,最后还介绍了该船型首制船“宁安1号”的实船测试结果及其由船模试验预报实船性能的一致性。     

基于水中气泡特性的舰船应用技术

水中气泡广泛应用于化工、环境及海洋等工程实践中,其动力学特性及与周围流体的相互作用是气液两相流领域研究的热点。本文分析了水中气泡的基础特性,以及少量存在的气泡对流场声学、光学等特性的影响,探讨了基于上述特性的舰船隔声降噪、舰船减阻、舰船尾流抑制等技术,可为水中气泡在船舶领域应用的进一步拓展提供参考。     

水下爆炸气泡作用下船体总纵强度估算方法

水下爆炸中的气泡脉动载荷会造成舰船的鞭状运动,对其总纵强度产生很大威胁,是战争中造成船体总体毁伤与丧失生命力的主要原因之一。基于势流理论,推导并建立船体梁气泡弯矩的理论与计算方法,同时综合考虑气泡弯矩、船体静水弯矩、波浪弯矩及砰击弯矩等其他影响因素,建立一套完整的气泡作用下船体梁总纵强度估算方法。通过算例,校核典型工况下多种弯矩同时作用时船体梁的总纵强度。计算结果表明,气泡脉动载荷产生的总纵弯矩具有周期性鞭振特性,且数值大于其他弯矩。在评估舰船总纵强度与生命力时,应充分考虑气泡脉动载荷的影响。     

限制性航道船周回流速度与船体下沉研究

通过船舶在限制性航道(宽32 m,水深2.5 m)的航行试验,研究了500 t和300 t船队航行时的船周回流速度与船体下沉。试验表明,船周回流和船体下沉与航速、航行方式和断面系数等因素有关,其中交错航行时的船尾下沉量是渠道水深设计的控制条件。     

气泡艉流场特征及其研究综述

船舶气泡艉流场特征研究蕴含着重要的军事和民用价值.从气泡艉流场的几何特征、声光物理特征以及尾流中气泡的数密度、尺度分布特征等方面,总结了当前国内外关于船舶气泡艉流场特征研究的主要成果,进而通过分析它们在遥感探测、制导等领域的应用情况,进一步阐明了船舶气泡艉流场特征研究的重要性,并提出了应加强对气泡艉流场的探测技术和抑制消除技术研究的发展建议.     

船舶气幕减阻技术现状及研究展望

船舶减阻技术一直备受关注,气幕减阻技术是其一个重要发展方向。在综述了国内外气幕减阻技术现有研究的主要实验和理论成果的基础上,分析了存在的主要问题,特别是对军用舰船存在的次生暴露、尾流加重等严重问题。为此,有针对性地提出了研制特种自消隐气幕的新思想,并提供了可行的研究思路和实现方案。     

基于阻力和伴流不均匀度的多用途船型线优化

为探究多用途船首尾型线变化对船舶水动力性能的影响,采用RBF(Radial Basis Functions)曲面变形方法分别对多用途船首尾型线进行变换,使用优化拉丁超立方法设计计算样本,引入Kriging近似模型解决传统CFD计算耗时的问题。在此基础上,以船舶的阻力性能以及桨盘面伴流不均匀度作为优化目标,利用带精英策略的非支配排序遗传算法(NSGA-Ⅱ)完成整个型线优化流程。计算结果表明,对于该多用途船,船首形状朝V型发展有利于减小兴波阻力,船尾的V型横剖面在接近推进器处逐渐向U型转变,可以在获得更均匀伴流场的同时对阻力性能影响较小。