尾压浪板升力研究及其对WPC耐波性的影响

尾压浪板出现近半个世纪,较好改善了船舶性能。尾压浪板受到方尾、自由液面及鸡尾流的影响,其水动力性能极其复杂。目前大多数资料是试验探索而无理论方面的研究。采用势流理论,考虑方尾、自由液面及鸡尾流的影响,对尾压浪板升力系数斜率和零升力攻角进行研究,推导的公式和试验结果吻合良好。试验和计算表明:升力中心在船体上,升力系数斜率随Fr增加而减小,Fr0.5左右趋于稳定;零升力攻角随Fr增加而减小,对升力系数影响较大,低速可达-19°,高速可达-6°。研究结果用于穿浪双体船(WPC)耐波性研究,尾压浪板对垂荡几乎没有影响,可减少纵摇约10%。     

基于多种组合算法的船附体结构设计优化

为了减少船舶的阻力,提升船舶快速性和耐波性,本文将添加球鼻首的DDG1000驱逐舰作为原始船型,研究增加尾压浪板、鳍和水翼对船体性能的影响.首先,将原始模型添加尾压浪板,并且caeses软件平台下进行全参建模,基于组合优化算法策略进行优化.设置2套组合优化方案,经对比发现,sobol算法和NSGA-Ⅱ组合优化方案得到的模型更为优越.添加尾压浪板优化后的模型,在2.02 m/s和1.77 m/s航速下,优化后模型阻力都减少2.5％,证明尾压浪板有减阻特性.将添加尾压浪板优化后的船体后作为初始模型,添加鳍和水翼,并基于组合算法策略,进行多维参数优化.经数值计算,发现鳍和水翼并不能起到减阻效果,但是在一定航速下,鳍与水翼可以抑制兴波,进而减少剩余阻力.最终,在规则波条件下,进行数值模拟,发现安装尾压浪板、鳍与水翼附体后,波浪增阻增大,当λ/L超过0.9时,波浪增阻小于优化后,安装附体后船体,升沉与纵摇以及耐波性均得到不同程度的改善.     

均匀设计在尾压浪板设计中的应用

本文利用均匀设计法设计了一个尾压浪板系列,从中优化出一个方案,解决排水型船加装尾压浪板在巡航速度附近减阻的问题,减阻效率达裸体阻力４％以上,对尾压浪板在排水型船上减阻的机理进行了初步分析,得到了船后体压力 尾压浪板对主船体阻主要原因这一结论。     

阻流板对规则波中船舶阻力及运动特性影响研究

[目的]旨在分析阻流板对规则波中船舶阻力及运动特性的影响。[方法]以一条半排水型方尾船为研究对象,基于RANS方法并结合重叠网格技术进行阻流板安装前后船舶在规则波中的阻力与运动特性数值仿真,总结船舶阻力、姿态与运动响应随波长与航速的变化规律。[结果]结果表明：阻流板在规则波中的减阻率比静水减阻率大1.03%～2.43%;阻流板对垂荡和纵摇传递函数的影响随着波长的增大而变大,λ=2LPP工况下的垂荡传递函数TF3和纵摇传递函数TF5平均降低了3.5%和1.4%;当船舶出现甲板上浪时,阻流板可使TF3和TF5的降低率分别达到9%和3%。[结论]研究方法与研究成果可为船舶节能装置设计与性能预报提供技术参考。     

尾压浪板对高速艇阻力性能的影响

在高速艇上采用尾压浪板后,对减少艇体阻力常会得到较满意的结果。本文主要介绍上海交通大学船模试验池的有关试验结果,并分析了尾压浪板对艇体阻力的影响。得出以下几点结论:(1)排水量长度系数 C_D=D/((L/10)~3)是影响压浪板减阻效果的主要参数,当C_D>2.0,采用尾压浪板一般可收到减阻效果。(2)在 C_D≥2.0的范围内,高速排水量艇采用压浪板后所能得到的阻力收益大体可按下式进行估算:(ΔR_T)/(R_T)(%)=1.6 1.45C_D(3)尾压浪板的长度以船长的1～2%为宜。     

带新型冷却装置半滑行艇减阻方案探讨

为了降低带新型冷却装置的半滑行艇的阻力,提出在新型冷却装置上加半遮挡板、在艇体尾部增加艉压浪板、楔形块或拦截器等方案,采用船模试验方法开展方案对比分析,试验结果表明,在新型冷却装置上加半遮挡板的减阻效果达到8%,艉压浪板和楔形块的降阻效果达到15%。     

基于高速三体船阻力性能的压浪板参数敏感性分析

为了研究不同外形和安装位置的压浪板对高速三体船阻力的影响，选取了展长B、弦长L、安装角度θ、主体安装高度H及侧体安装高度h等5个代表性参数，通过正交试验设计出16种参数组合，采用基于雷诺时均方法的SST k-ω湍流模型对加装不同压浪板的三体船静水航行过程进行数值模拟并验证模拟的准确性，极差分析得出5个参数对总阻力系数的影响顺序为H>h>B>L>θ。对较优参数组合压浪板进行多航速模拟，并监测静水阻力、纵倾、艉下沉、自由液面及船底压力等数据，分析压浪板减阻和改变航行姿态的原因，发现减阻效果随着航速的增大而逐渐明显，傅汝德数Fr为0.598时减阻率可达12.69%。     

基于SPIV的压浪板对DTMB5415船模尾流场影响的试验研究

以DTMB5415船模为研究对象,基于体视粒子图像测速技术(Stereoscopic Particle Image Velocimetry,SPIV)对压浪板安装前后的船模伴流场及尾流场中多个截面进行测量。PIV测量对船体边界层内流动进行了很好的捕捉,与国际上公开的相关流场信息具有较高的吻合度,补充了DTMB5415基准船模的流场数据库。压浪板的安装会降低桨盘面速度,且压浪板的影响会随着船舶航速的增大而增大,在Fr数为0.28和0.41时,桨盘面平均速度分别降低了0.77%和1.45%。此外,压浪板对流场测点的影响随着距离的减小而增大,在X/L_(PP)为0.95、0.97和0.99这三个截面上的平均无量纲轴向速度分别降低了0.009、0.027 3和0.045 9。     

分段式尾压浪板对高速船阻力性能的影响

基于CFD技术,以排水型高速船Model 5b为模型,寻求改善高速船阻力性能的尾压浪板新形式。首先尾压浪板新形式的确定在静水条件下进行,然后在波浪条件下验证该压浪板的阻力性能。基于CFD软件建立三维数值波浪水池,静水条件下采用切割体网格技术预报船模的阻力性能。波浪条件下数值水池入口采用直接造波方法,尾部采用人工阻尼消波方法,自由面采用VOF方法处理,采用重叠网格技术预报船模的阻力性能以及运动响应。确定一种比常规压浪板阻力性能优良的分段式压浪板,为船舶节能附体的研究提供参考。     

基于MQ插值的变形网格在船舶阻力预报中的应用

在非结构切分网格的框架下,发展了一种基于Multi-Quadric插值的变形网格技术,结合CFD软件STAR-CCM+,采用SST湍流模型,并以VOF法进行自由液面的追踪,将该变形网格技术应用于带附体穿浪双体船的阻力预报中。分别以网格的拉伸变形和斜率变形实现了阻流板和尾楔的边界运动,计算了阻流板高度为4 mm、6 mm和8 mm以及尾楔角度为5°、10°和15°时的工况。计算结果表明,变形网格方法与固定网格方法取得了相同的精度;同试验值相比,在不同工况下变形网格最大平均误差约为6.67%,验证了其可行性。但是,相比于固定网格方法,变形网格方法的计算时耗最大可减少40%,因此采用该变形网格方法可极大地提高带可变形附体的船舶的阻力预报效率。     

基于CFD的带附体KCS船在波浪中的阻力及纵摇优化

[目的]为了降低船体在波浪中的阻力并改善其耐波性,将给船体添加合适的附体,如减摇鳍和压浪板.[方法]首先,对仅在船艏添加减摇鳍和在船艉添加压浪板,以及在船艏、船艉均添加附体的3艘船采用黏流求解器naoe-FOAM-SJTU进行数值计算,并将这3艘船各自的阻力及纵摇与未添加附体的KCS船体进行对比;然后,通过改变减摇鳍宽...     

小型渔政船线型及附体设计优化

选取某近海小型渔政船典型船型,研究艏艉线型和附体对船舶阻力性能的影响。通过对线型、船型系数以及舭龙骨、压浪板、呆木等常规附体对小型渔政船航行性能的影响进行数值模拟分析,优化船舶线型,针对小型渔政船的功能需求选取合适的附体组合形式,并通过实船运行验证优化后的渔政船航行性能有所改善,达到预期目标,可为同型船舶设计提供参考依据。     

过渡型艇微气泡减阻喷缝尺度影响数值计算(英文)

针对一优良过渡型艇,为喷气需要进行船底断阶,采用有限体积法、SIMPLEC算法和k-ε两方程湍流模型,不计自由面影响,计及气泡与水的相对运动,数值求解包含气液两相流的雷诺平均控制方程组。获得不同喷缝宽度、不同傅汝德数和相对喷气速度下的船舶的阻力特性和气泡浓度分布规律并与模型实验结果进行对比分析。结果显示:在获得高减阻率条件下,Cn随Fr增加而呈非线性增加,当Fr=0.779时,Cn达到最大值;在获得25%减阻率的条件下,Fr=0.973时相对喷缝宽度为0.112所需喷气量最小即喷气所消耗功率最小。计算结果可为高速气泡船喷缝参数设计提供参考。     

阻流板对滑行艇阻力性能的影响

为研究阻流板对滑行艇阻力性能的影响,进行了不同阻流板深度下的滑行艇模型试验研究,并通过Star-CCM+软件平台对试验工况开展模拟,分析了阻流板的作用机制。结果表明:合适深度的阻流板能够有效的降低滑行艇的阻力和提高运动稳定性;与试验值相比,数值计算的中低速阻力误差小于5%,高速误差小于10%;阻流板减阻的主要原因是改变了艇底的压力分布,降低了航行纵倾角。     

用雷诺应力模型预报不同雷诺数下的潜艇绕流

文章采用求解RANS方程的方法,结合五种湍流模型(κ-ε、RNG κ-ε、κ-ω、SST κ-ω、RSM),预报了SUB-OFF潜艇模型两种附体状态下(裸艇体+围壳、裸艇体+尾翼)的尾流场,也预报了SubB潜艇模型全附体状态下的尾流场,并与试验结果进行了对比分析,比较了五种湍流模型的计算精度,结果表明雷诺应力模型(RSM)预报的尾流场与试验最为接近.然后,利用CFD方法探讨了雷诺数对SUBOFF潜艇绕流影响的问题.计算了SUBOFF潜艇在不同雷诺数下的绕流,详细分析了尾流场轴向速度波动图、轴向速度等值线云图、边界层厚度和主附体接合部涡旋结构随雷诺数的变化.     

潮流能流道环导管涡轮机减阻特性及尾流场研究

为了解决潮流能导管涡轮机来流阻力及尾部回流过大的技术问题,对一种带流道环的导管涡轮机的水动力学性能进行非定常数值模拟,并从流道环宽度、流道环数和流道环形状3个方面对系统的轴向阻力、叶轮压力脉动及尾流场流态的影响进行分析.研究结果表明:直流道环导管涡轮机相比原导管涡轮机有效减小了系统轴向阻力、叶轮载荷及压力脉动幅值,降低了结构的疲劳风险.此外,相关尾流场分析指出直流道环的射流作用能显著减少尾部的低速条带和回流区尺度,加快近尾流场的流速恢复.且随着直流道环宽度及数量的增加,射流将向导管尾端流域注入更多的动量,尾流恢复更快,系统的减阻效果也进一步得到了增强.而弯流道环导管涡轮机的偏转射流增加了尾流的复杂程度,在阻碍尾流向下游自由扩散的同时也增加了载荷及叶轮压力的脉动幅值,不利于系统的减阻.     

船舶紧急制动新方法

本文基于增加船体或附体阻力进行紧急停船的方式,提出一种将船舶艉封板处艉封板落入水中的新型船舶紧急制动方法。本文基于STAR-CCM+,运用平均雷诺数方程和Realizable k-ε湍流模型,对船舶采用提出的制动方法制动时的阻力进行预报。并与传统的制动方法预报阻力进行比较发现,本文提出的新型船舶制动方法合理、有效,并具有较强的工程研究意义。     

船舶吃水对微气泡减阻影响的水池试验研究

针对大比尺平底型船模,分别在船模底部的首、中部安装多孔硅材料板以生成微气泡,在大型拖曳水池中进行了不同拖曳速度、不同喷气量下,吃水对减阻率影响的对比性试验.试验结果表明,仅在首部喷气以及首、中部等量同时喷气且Fr≤0.646时,浅吃水时的减阻效果好.Fr＜0.646时,浅吃水下纵倾角较深吃水明显减小;Fr＞0.646时,浅吃水下纵倾角增幅较深吃水大.试验结果为实船应用提供了有用的依据.     

船舶紧急制动新方法

基于增加船体或附体阻力进行紧急停船的方式,提出一种将船舶艉封板落入水中的新型船舶紧急制动方法。基于STAR-CCM+,运用平均雷诺数方程和Realizable k-ε湍流模型,对船舶采用这一制动方法时的阻力进行预报。与传统的制动方法预报阻力进行对比发现,新型船舶制动方法更为合理、有效,具有较强的工程意义。     

船体尾压浪板砰击载荷分析

本文针对尾压浪板入水砰击压力开展研究,分别用Fluent和Dytran软件计算其入水砰击载荷。本文首先在不同的有限元模型中计算尾压浪板以10 m/s入水时的砰击压力,选择具有合理网格尺寸的有限元模型,进而避免了网格尺寸对计算结果的影响;接着分别计算了尾压浪板以不同速度入水时所受到的砰击压力,二者计算得到的砰击压力系数与我国规范给出的结果较为吻合,对于船舶尾压浪板砰击载荷的选取具有一定的参考意义。