基于物面重叠的多附体船舶阻力数值模拟

阐述物面重叠技术,介绍重叠网格的基本原理以及物面重叠的处理方法,在此基础上采用单相Level-Set捕捉自由面方法和RANS方程对某型带多件附体的船舶进行阻力数值模拟,对其流场和自由面波形进行分析。与模型试验结果进行对比发现:数值计算结果与试验结果吻合良好,误差满足工程精度要求,验证了物面重叠技术应用于多附体船舶阻力数值模拟的可靠性。     

DTMB5415驱逐舰绕流的数值模拟

本文采用RANS方程及RNG湍流模型数值模拟了带方尾及声纳罩的5415驱逐舰绕流，计算结果表明对复杂的实际船形，CFD能有效地预报船体周围流场、波形和阻力等船舶设计感兴趣的水动力性能参数，为船形分析及优化提供了有力的工具。     

浅水中低速斜航船舶水动力预报及验证与确认分析

浅水中的斜航船舶受到浅水阻塞效应和不对称流的综合影响。为预报该运动中的船舶水动力,文章采用基于定常雷诺平均纳维—斯托克斯方程的计算流体动力学方法,对浅水中做斜航运动的船舶粘性绕流场进行数值模拟。考虑低航速运动的特点,忽略航速影响下的自由面兴波,由数值计算得到水动力系数在漂角影响下的变化规律。针对计算精度问题,在数值模拟中从验证和确认角度分析和评估计算结果：通过网格收敛性分析分析数值误差与不确定度;结合试验数据考察计算模型的误差。此外,从计算区域尺度、湍流模型、边界条件、船体下沉和纵倾作用方面对模型误差的影响因素进行探讨,可为改进计算模型、提高数值模拟精度提供参考依据。     

绕Wigley船自由表面粘性流场计算

本文采用商用粘性流场求解软件COMET计算带自由液面绕Wigley船的粘性流动，网格数约为216000。计算中使用标准k-ε湍流模式和壁函数。用HRIC算法确定自由面。同时域步进法得到稳态解，计算的在傅氏数为0.30时的阻力结果与模型试验测量值吻合良好。预报的船体周围的波型及船体表面的波面形状也较合理。     

DTMB 5415船绕流场数值研究

本文以DTMB 5415船为研究对象,应用基于URANS方法的CFD方法进行DTMB 5415船设计状态下船舶绕流场研究,其中湍流模型应用SST模型,自由液面捕捉应用VOF方法;应用CFD方法对船舶阻力性能、自由表面兴波、船舶螺旋桨盘面处的标称伴流场以及尾部轴向速度场等进行数值模拟与分析;将设计状态下DTMB 5415船绕流场数值模拟值与实验值对比,其船舶阻力、自由表面兴波、螺旋桨盘面标称伴流场等的良好吻合证明了网格与数值方法的正确性。本文还对船舶尾部不同截面绕流场边界层厚度以及整船边界层分布进行了研究且与实验值进行了对比。     

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.     

近自由面三维水翼的水动力分析及试验研究

采用面元法对近自由面三维水翼进行势流数值分析并进行了相关试验研究。在数值计算中,将Rankine源和偶极子置于边界面上,用时间步进法模拟水翼的势流场和自由表面波形。在自由面采用非线性自由面边界条件,在尾涡面上采用偶极子布置以满足Kutta条件。文中给出了数值计算模型的参数,对于不同浸深、不同航速和不同攻角下的水翼,计算了水翼表面上的压力分布,水翼的阻力和升力及自由表面波形。数值计算结果与试验结果进行了对比。结果表明,文中方法可用于水翼优化设计、近自由面振动翼运动及水翼船兴波等问题的研究。     

船舶多自由度斜航运动水动力数值研究

计及多自由度运动的船舶斜航水动力预报对船舶航行安全具有重要意义。文章通过耦合求解船舶运动方程和雷诺平均N-S方程,并采用VOF方法和高精度自由面捕捉技术对作多自由度斜航运动船舶的粘性绕流场进行数值模拟。船舶动态平衡位置根据计算出的力和力矩来决定,得到包括升沉、纵倾和横倾在内的船舶浮态。文中采用的算例与爱荷华大学进行的模型试验相同,通过比较数值计算结果和试验值验证了该方法的有效性。对船模在受约束和自由运动两种状态下的船舶运动和流场进行模拟,通过比较分析船舶升沉、纵倾和横倾的影响。文中计算获得的详细流场细节特征,包括前体和舭部的涡以及船体表面上的压力,有助于理解船舶斜航运动浮态变化的机理。     

考虑定常兴波影响的辐射问题去奇Rankine源方法数值计算

随着中高速船舶在海洋资源开发中的广泛应用,航速对船舶在波浪中摇荡运动的影响受到重视。本文基于势流理论,采用非均匀有理B样条(NURBS)表达物面,应用去奇Rankine源方法求解流场速度势;推导了兴波问题的二阶近似非线性自由面边界条件,以及考虑二阶近似非线性兴波影响的辐射速度势的线性自由面和物面边界条件。本文编程首先数值计算了Wigley船型的近似非线性兴波问题,将计算的线性和非线性兴波阻力系数与文献结果做了比较;然后数值计算了计及线性定常兴波影响的下潜圆球有航速辐射问题,将计算的附加质量和阻尼系数与文献结果比较。本文计算结果与文献结果吻合程度较好,验证了本文数值计算方法的有效性。文中还给出了兴波波形和辐射波形。     

潜艇水面与水下粘性绕流数值模拟

本文采用求解RANS方程的方法结合四种湍流模型,对于带有不同附体的SUBOFF模型尾流场进行了数值模拟。数值预报的桨盘面处不同半径上的轴向无量纲速度与试验结果进行了对比,结果表明湍流模型在数值模拟中起到重要作用。潜艇水面航行性能十分重要,因而对于潜艇自由液面绕流的数值模拟备受关注。本文采用VOF方法对于两条潜艇模型在不同傅汝德数下的自由液面绕流进行了数值模拟。计算得到的阻力、波形与试验结果吻合较好。文中也探讨了潜艇自由液面绕流的一般特性。并验证了用CFD手段预报潜艇粘性流场的能力。     

绕船体粘性自由面流动的数值计算

考虑自由面的船舶粘性流动计算由于其复杂性和对计算机硬伯的较高要求，只是到了最近几年才得到较大发展，而在国内尚属起步阶段。本文使用VOF方法计算了绕Wigley船型的粘性自由面流动，流模式选择了SSTκ-ω模型。计算获得了船体上波形以及船波等值线图，同时考察了三个不同横截面上的流动状况。计算得到的阻力还和发表的试验结果作了对比，结果令人鼓舞。     

静水中自由船模拖曳CFD模拟方法研究

基于BANS方程结合VOF处理自由面,建立了自由船模拖曳的数值模拟方法,并用于数条水面船模阻力的数值计算.数值模拟结果与模型试验的比较表明:在全Fr范围内,阻力数值计算结果与模型试验相差2%～3%之内,较拘束模计算准确度大为提高;兴波计算结果同样有明显改善;船模姿态的计算结果与模型试验也比较接近.建议在进行中高速水面船自由面绕流问题的数值计算时,使用自由模方法模拟.     

绕船体自由面周围三维粘性流场的数值模拟

本文采用有限体积法通过求解不可压缩的雷诺平均(RANS)方程数值模拟了包括兴波的三维船体周围的粘性流场,湍流模式使用了子网格尺度模式(SGS)和Baldwin-Lomax模式相结合的混合模式.对于自由表面的处理,采用了任意拉格朗日-欧拉方法,网格为不仅与物体表面贴体,而且与自由表面贴体的动网格,即随着自由表面的变化要不断地重新划分网格.虽然此方法需要很长的计算时间,但能较好地描述船体的兴波情况.本文计算了系列60船模在Fn=0.316,Re=1.9×106时带自由面的粘性流场,计算结果与试验结果吻合较好.，An finite - volume method solving of incompressible RANS Equations is developed for the numeri-cal simulation of three - dimensional viscous flow with free - surface about a ship. A hybrid turbulence mod-el by combining the sub - grid scale (SGS) model and the Baldwin- Lomax model is used in this pa-per. The arbitrary - Lagrange - Euler formulation is devised for the treatment of free surface boundary condi-tion. The boundary - fitted coordinate system is fitted not only to the ship hull surface but also to the freesurface, so the computational grid is regenerated to follow the free surface deformation. Although this methodneeds spend much longer computational time, but it can fairly display wave pattern made by a ship. The nu-merical simulation has been carried out for viscous flow with free surface past Series 60 ship hull at Fn =0. 316, Re = 1.9 × 106. The computed results are in reasonable agreement with experimental measure-ments.     

撞角球鼻艏形式和参数变化对阻力影响的研究

通过数值计算及模型试验确定了撞角球鼻艏形式和参数对阻力的影响。针对3个形式各异的球鼻艏方案,开展了CFD计算和模型试验,结果显示:当傅汝德数为0.28时,撞角球鼻艏的剩余阻力系数比无球鼻艏的剩余阻力系数约小20%。以8个主要参数各异的撞角球鼻艏方案为对象,采用CFD技术分析了撞角球鼻艏的参数变化对兴波阻力的影响,并确定了撞角球鼻艏的宽度比和纵向长度比对兴波阻力系数的影响。     

绕船体自由表面流的数值模拟

本文采用RANS方程和VOF算法数值模拟了系列60粘性自由面流动，比较了幂指数律，二阶迎风，QUICK格式对计算结果的影响，详细给出了波形，阻力，伴流等的计算结果，与试验及其它计算结果比较显示本文的计算方法具有较好的计算精度，可用于船型性能分析和优化。     

浅水中船舶水动力特性数值计算

本文对浅水中船舶水动力特性进行数值计算研究.采用RANS方程结合RNG K-ε两方程湍流模型,对一方形系数0.6的系列60船模在浅水中的阻力、升沉、纵倾和兴波进行数值计算,其中自由面采用VOF方法处理;计算中,水深Froude数范围0.6～1.8,包含了临界和超临界水深Froude数.数值计算得到的阻力、升沉和纵倾与模型试验结果及采用三维扩展Boussinesq方程的计算结果进行了比较分析,吻合较好,部分计算结果得到改进.     

利用直接边界元法求解兴波问题

本文描述了利用直接边界元法求解定常兴波问题的理论和数值方法，本方法利用线性化自由面条件，辐射条件基于Dawson的四点差分格式进行处理。本文给出了Wigley船的兴波阻力和波高的数值结果，并与Dawson方法和试验结果进行了比较，结果显示本文的结果合理可靠。