某型船舶进气道阻力特性预测与结构优化

进气道阻力的大小直接影响舰船动力装置的工作性能。对某型船舶的进气道进行流场数值计算;建立进气道流场离散模型,利用计算流体动力学(CFD)软件FLUENT求解描述进气道流场的Navier-Stokes方程组,并对其进行变工况及结构优化分析。结果表明:随着竖直隔板开口距离的增大,阻力系数逐渐减少;通过加装水平整流板可以减少局部阻力系数并最终降低整个进气道阻力损失;与原设计结构相比,优化后阻力系数下降达8%以上;进气道阻力特性受进气温度影响也不可忽略,当进口温度由15℃升高至40℃时,原模型进气道阻力系数增加8.5%。     

某型LED灯具散热器的优化

为了对某型LED灯具散热器结构参数进行优化,文中釆用PRO/E软件建立了散热器三维实体模型,通过数值模拟对散热器肋片温度场及外空间流场与温度场进行耦合计算和分析.分析了不同结构参数对散热器散热的影响规律,并以最小热阻及最轻质量作为优化目标,确定最优结构的肋片个数、肋片高度及肋片厚度.优化后散热器的结温相比原模型降低了3℃,质量较原模型减少了3%.     

方圆过渡入口烟道流场优化及阻力特性的数值研究

方圆过渡通道是一种常见结构形式。本文建立了高速烟气流经方圆过渡烟道的三维数值计算模型,选用标准k-ε湍流模型,压力速度耦合采用SIMPLE算法,方程离散采用二阶迎风差分格式。计算得出方圆过渡烟道内部流场的速度分布情况。由于原设计通道内流场欠佳,基于烟道出口速度的均匀性,给出提高烟道高度和加装导流板2种对流场进行优化的措施。并进一步考察加装导流板之后对通道的阻力影响。计算结果表明:由于弯曲面的存在,在近壁面会形成涡流。在合适位置加装导流板不仅可以均匀内部流场,而且可以降低流场阻力。数值计算方法的正确性通过对一种标准中可查的结构进行计算对比得到验证。从而提出了一种针对方圆结构烟道流场及阻力特性计算的新方法,可为工程设计提供有益参考。     

进气道气流折转角度对压气机进口流场均匀性影响

以燃气轮机进气竖井转折角度变化对压气机进口速度场均匀性影响为出发点.建立了七个不同进气转折角的进气道模型,采用数值模拟的方法,从进气流场均匀性和进气阻力两个方面对不同模型进行计算分析,得到了进气竖井气流折转角度的变化对于压气机进口流场均匀性的影响规律,以及对整个流场的阻力特性的影响.研究成果为设计制造高性能的船用燃气轮机进气道提供比较可靠的依据.     

潜艇实艇阻力预报方法研究

分析潜艇阻力预报的方法和特点,采用数值计算方法对SUBOFF潜艇的主艇体模型和全附体模型在不同雷诺数条件下进行三维粘性流场数值模拟,将低雷诺数条件下的计算结果同试验结果进行比较,验证了计算方法的可靠性;通过对计算结果的分析,获得潜艇粘压阻力系数随雷诺数变化的规律,对潜艇实艇阻力预报提出一些建议。     

载人潜器阻力性能的数值计算和模型试验及船型优化

采用多块结构化网格对某载人潜器模型周围计算区域进行网格离散,采用Realizable k-ε湍流模型对潜器周围绕流场进行数值模拟.在船模拖曳水池中进行载人潜器模型不同艏向角和垂直上升及下潜航行时的阻力试验.将阻力的数值计算结果与试验值进行对比,两者的偏差在可接受范围内.考虑载人潜器主体的舯纵剖面的二维外形,用多岛遗传算法对其粘性流场的阻力数值计算结果进行船型的一体化优化,得到二维阻力最小的优化外形.将舯纵剖面外形的优化结果应用到三维载人潜器主体,比较优化前后的主体阻力.数值计算结果表明,载人潜器主体外形优化前后阻力的优化收效在30%以上.     

梭形潜水器阻力特性计算分析

本文提出一种梭型潜水器外形方案,利用CFD方法,对潜水器周围粘性流场进行仿真计算,获得了梭型潜水器的阻力特性,并对比分析了型长、型宽和型深变化对潜水器阻力性能的影响规律。计算结果表明,梭型潜水器的摩擦阻力系数比“相当平板”的摩擦阻力系数略大;当去流段长度超过型深的5倍后,粘压阻力系数的变化趋于平缓,型宽和型深对粘压阻力系数的影响变得很小;若要降低梭型潜水器阻力,则应减小进流段长度,并将去流段长度取为型深的3～4倍。     

粘流中舟艇水阻力与自由面流场的数值计算

基于粘流理论研究了舟艇的水阻力与自由面流场.数值计算中,控制方程为完整的N-S方程,并采用κ-ε两方程湍流模型封闭雷诺方程,对自由表面的追踪采用VOF方法.为验证本方法的正确性,以系列60船模进行了考核,得到了不同航速下的船体水阻力、自由面流场和相应的粘性阻力系数.并把计算结果与已发表的试验结论及其他计算结果做了比较,结果表明,本文的计算方法是可信的.     

基于CFD的深水4000吨铺管起重船线型优化

深水4000吨铺管起重船是中海油设计建造的中国第一艘深水铺管起重船。论文采用经验分析与数值模拟相结合的方法对其进行线型优化研究。首先通过数值模拟,对母型船进行详细的流场分析。基于流场分析结果,进行有针对性的线型优化。采用相同的计算方法对相同工况的三种优化船型进行数值模拟,并与母型船阻力、流场进行对比分析。结果表明三种优化方案的流场得到了很大改善,均避免了母型船出现的较大尾涡,且阻力系数均较母型船大幅度减小。可见改型取得了良好成效。     

改进Sobol’方法在船型优化模型中的应用

针对船型优化中采用更多的优化变量有可能带来"维度灾难"的问题,通过灵敏度分析确定不重要的变量并降维来缓解该问题。介绍以往提出的改进Sobol’方法,利用该方法对某集装箱船兴波阻力优化模型进行灵敏度分析并降维。为减少分析的计算量,对该船型优化模型构建Kriging模型。对优化模型降维前后的优化过程、最优解及其波形和型线进行对比。结果表明:降维后优化模型收敛更快,最优解兴波阻力系数仅增大0.15%,采用改进Sobol’方法进行降维,能在保证最优解质量的同时,提高优化效率。     

某全地形车水上运行阻力仿真

为研究全地形车水上行驶性能,应用计算流体力学(CFD)理论,利用流体计算软件STAR-CCM+进行水上绕流场和运行阻力预报,并结合相关试验数据证明了模拟的可靠性.选用SST湍流模型、流体体积法(VOF)和非稳态模型对车体绕流场进行数值模拟,得到全地形车在最大设计吃水深度,以最高设计速度航行的行驶阻力、浮力及兴波特性,为水陆两栖全地形车减少阻力、优化外形,提高最大承载能力提供了方法参考.     

基于阻力性能的高速双体船水动力构型优化

船舶快速性是影响航运经济的关键因素之一,以某双体船为对象,设计一种阻力预报与优化方案并成功降低其阻力:运用数值模拟技术,结合Lackenby变形方法,改进船体型线,并进一步通过调整片体间距优化阻力性能。结果表明:优化后的船型具有良好的阻力性能,与原船型相比,在设计工况Fr=0.572下,剩余阻力系数可减少13%;片体间距优化后,船体总阻力进一步明显降低。基于以上结果,本文提出的预报方法及优化方案能够有效地用于高速双体船性能预报及优化设计,可以为相关研究提供技术支持。     

基于均相流输运模型的二维水翼空化模拟

基于均相流输运模型对NACA661-012型水翼进行了空化数值模拟,计算了不同空化数K和不同攻角α下的升力系数与阻力系数.从流场、压力场和边界层的变化分析了空化的产生发展对水翼升力和阻力的影响.当攻角α大于8°以后,空化流动的不稳定性增强,空泡呈现出周期性的生长溃灭,并伴有升力系数和阻力系数的周期性波动.计算结果与实验进行了对比,结果吻合较好.     

载人潜器阻力的数值计算方法分析

采用多块搭接结构化O型和H型网格对某载人潜器周围控制域进行网格离散,分别采用四种不同的湍流模型,并改变自由来流湍流强度的设置,对潜器周围绕流场进行数值模拟,得到了适于对潜器周围绕流场进行数值模拟的方法,获得较可靠的阻力等计算结果.将阻力计算结果与试验值进行对比,得出采用不同湍流模型进行数值计算时自由来流湍流强度的改变对于计算结果的影响.分析得出适于潜器阻力计算的湍流模型以及相应自由来流湍流强度的取值,为潜器的阻力预报提供了可行的数值计算方法,为潜器的阻力性能优化奠定了基础.     

基于CFD的半潜式钻井服务支持平台拖航阻力数值分析

通过分离涡模拟法（detached eddy simulation,DES）对半潜式钻井服务支持平台拖航阻力进行了研究,重点对平台拖航阻力、阻力系数和平台表面附近流场分布等特性进行了研究。研究表明：流方向下平台各结构所受阻力各不相同,下浮体占据总阻力比最大（尤其是90°来流方向下）。阻力系数及升力系数时历曲线变化具有“脉动性”。通过平台表面附近流场分布可以分析涡形成及受力原因,逆方向流及涡之间相互作用使得阻力有所减小。     

大型沉管管节转向过程局部流场与阻水系数分析

本文以国内某大型沉管隧道水上浮运为研究背景,利用fluent建立了三维流场数值分析模型,研究了沉管管节浮运转向过程中的局部流场,并计算了沉管管节不同转角下的阻力系数。研究表明管节转向过程中受到的水流阻力和阻力系数均有明显变化,水流速度对管节水阻力有着重要作用,但对阻力系数影响不大。本文研究转向过程和水流速度对管节阻水效应的影响,研究结果对沉管隧道浮运过程安全性研究和拖航船舶设置有一定参考价值。     

水下采油树阻力系数试验与数值模拟

为了给来流条件下采油树水动力荷载计算提供基础数据，建立水下采油树数值模型。基于有限体积法，采用商业软件STAR-CCM+，对采油树模型拖曳试验进行数值模拟，计算得到13种拖曳速度条件下采油树纵向、横向和垂向的阻力及阻力系数，并在此基础上提出一种新的水下采油树模型拖曳试验方法，开展了39组拖曳试验，得到13种速度条件下采油树纵向、横向和垂向的阻力及阻力系数。结果表明：阻力和阻力系数的试验数据与数值仿真数据基本保持一致，验证了结果的准确性和可靠性；水下采油树模型各方向阻力随拖曳速度的增加呈二次关系增加，阻力系数随速度的增加基本保持稳定；纵向、横向和垂向的阻力系数平均值约为0.432、0.479和0.446。数值模拟和试验得到的采油树阻力和阻力系数可为采油树水动力荷载计算提供关键基础数据。     

喷水推进高速三体滑行艇数值自航研究

为了验证计算流体力学(CFD)方法预报滑行艇自由液面粘性流场的精确度,判断为某三体滑行艇设计的喷水推进器能否满足快速性要求,采用CFD方法对某喷水推进高速(1Fr_L1.8)三体滑行艇进行两相流的数值自航,并与试验值比较。运用切割体网格技术并基于RANS VOF求解,首先计算了五个不同速度下的裸艇阻力。结果表明:阻力系数最大误差8.3%,最小误差0.5%,达到了较好的计算精度;采用等推力系数法,在模型尺度下进行"滑行艇+喷泵"的数值自航,将结果推算到实尺度艇,结果表明该喷泵可以达到设计航速;高速航行时推力减额为负的主要原因是艇首尾压差阻力的显著降低。计算结果显示,考虑自由液面时滑行艇底部会出现不合理的水气分布,这影响到滑行艇的阻力性能和喷泵的推进性能,通过局部网格加密可以显著减少艇底非正常水气分布,但艇底气水层难以完全消除,这可能是CFD方法预报滑行艇阻力精度难以控制的原因之一。     

水陆两栖飞机船体线型优化设计与试验验证

针对基于CFD方法的水陆两栖飞机船体线型优化可行性的问题,根据MVP水陆两栖飞机的线型资料设计得到一个带鳍式浮筒的水陆两栖飞机初始线型,并使用STAR-CCM+软件对飞机的单船身模型进行静水面滑行仿真,计算得到模型在各个速度下的水阻力、纵倾角及升沉,对该型飞机的水阻力性能和稳定性进行分析改进及优化计算,并将优化计算结果与模型试验进行比对。分析结果显示,最终优化后的模型水阻力系数较原型减小0.4,滑行稳定性得到较大提升,数值计算结果与试验值高度吻合,且计算云图中呈现的流动现象与实际试验也具有良好的一致性。仿真计算结果与试验值的对比表明,采用所提出的方法进行水陆两栖飞机船体线型优化设计可行。     

散货船纵倾减阻及其成因分析

船舶纵倾优化作为一种有效的节能减排技术已越发受到人们的关注。为了研究船舶纵倾优化过程中纵倾调整对船舶阻力变化的影响,采用计算流体力学方法(Fluent软件)运用RANS方程加VOF自由面模型的方法求解了180000DWT散货船在不同纵倾状态下的阻力数值和流场信息,将阻力计算结果与模型试验结果进行对比,验证数值计算的准确性。比较不同纵倾状态下阻力值,得到船舶设计状态阻力随纵倾变化规律。进一步运用Euler方程加VOF自由面模型的方法求得兴波阻力,总阻力减去兴波阻力即为粘性阻力,结合流场细节分析和比较,获得船舶纵倾优化过程中总阻力变化的主导因素。本文研究对于纵倾优化技术在散货船型上的应用具有积极的指导意义。