中型豪华游船波浪增阻数值模拟分析

船舶在波浪中航行时由于波浪的扰动阻力较静水中有所增加,称作船舶在波浪中的增阻现象。文章对某中型豪华游船在设计航速下,进行静水和不同波浪条件中的三维粘流流场数值模拟及模型试验验证。为后续型线设计提供依据,有较好的实际应用前景。     

基于CFD的船舶不同浪向下运动及增阻数值分析

为分析波浪对船舶快速性和耐波性的影响,必须对波浪中航行的船舶阻力增值进行准确预报。本文基于计算流体力学软件FINE/Marine建立了Wigley船模的数值模型,对不同规则波波长下的船体运动和波浪增阻进行了计算,并与试验结果进行对比,验证了数值模型的可行性与准确性。同时计算分析了船舶在规则波中航行时的波浪增阻与浪向之间的变化关系。通过研究发现：随着浪向角的增大船舶波浪增阻逐渐增加,在60°浪向角时波浪增阻达到最大值,浪向角对波浪增阻的影响较大。本文的研究方法可用于船舶有航速下的不同浪向波浪增阻的数值预报。     

14000 kW救助船恶劣海况下失速系数数值研究

为研究救助船舶在恶劣海况条件下的失速性能,保证救助船舶的航行安全性,选取非线性势流计算方法和黏流CFD方法,计算KCS船在静水和规则波中的波浪增阻及船舶运动.将计算结果与船模试验数据进行对比可得:2种数值模拟计算方法在计算波浪增阻时,误差均在3.6％以内,但非线性势流理论方法相较于黏流CFD方法能够大量节约时间.因此,选定非线性势流理论计算方法为救助船数值试验计算方法,将救助船非线性势流理论计算结果与静水船模试验结果对比,在设计航速17.5 kn时,阻力误差绝对值为2.22％,选取方法有效.根据ITTC 2014年提出的失速系数计算方法进行目标船型失速预报,在设计航速17.5 kn条件下,5级海况时失速系数最大,为0.93,7级海况时失速系数最小,为0.66.     

基于RANS/LES混合方法的近岸水域波浪增阻影响的数值模拟

分析船舶在近岸水域航行时所受波浪增阻大小的影响因素，以寻求降低波浪增阻的方法。基于近岸水域中船舶阻力理论，采用雷诺平均（RANS）和大涡模拟（LES）相结合的方法进行数值求解，并运用两相流方法和造波消波技术建立数值水池模型。用Fluent求解器对船舶在不同工况下的波浪增阻进行数值模拟。试验结果表明：用该方法对近岸水域航行的船舶进行波浪增阻的数值模拟可有效提高计算机运算效率，在粗糙网格层面上得到的计算结果精度良好；船舶在近岸水域中航行时的波浪增阻随波高的增加而增加，并且与船体湿润面积呈正相关；船舶在近岸水域以中低速航行时所受波浪增阻随弗劳德数的增加而增加。该研究为近岸水域通航船舶减小航行阻力提供了可行的方法与思路。     

深海采矿船月池对阻力性能影响的研究

深海采矿船为了减小作业时设备受波浪力的影响而设置了月池，然而月池会影响船舶的航行性能。论文应用RANS方程和VOF处理自由面的数值模拟方法，研究月池对深海采矿船阻力的影响。在拖曳水池中进行了有月池与无月池条件下的模型阻力试验，对数值计算方法进行了验证。然后基于数值方法开展了3种不同形状月池方案下阻力和航行姿态的研究，获得相应的阻力与兴波特性。研究表明，月池会导致采矿船静水阻力增大，模型阻力增加3%～7%，实船阻力增加6%～12%。     

基于势流理论的大型船舶最小装机功率波浪增阻预报

IMO组织对于船舶最小功率要求提出了严苛要求,为求得船舶最小功率要求需要计算船舶在极端海况下受到的总阻力,其中波浪增阻的计算最为困难。目前广泛采用的CFD方法在计算VLCC这类超大型船舶的波浪增阻时效率较低。为快速准确计算这类船舶的波浪增阻,本文以32万吨VLCC为例,利用水动力计算软件Aqwa分别计算出其在静水及波浪环境下受到的阻力,通过两者相减得到波浪增阻。与模型试验结果相比较发现,采用三维势流理论预报波浪增阻计算效率高且结果准确,可作为此类船舶开发前期的波浪增阻预报参考。但在单独计算静水及波浪中阻力时误差较大,不建议采取这一方法。本文验证了这一方法在低Frude数时的准确性,高Frude数时这一方法是否有效还需进一步验证。     

风浪失速系数对液化气船EEDI/EEXI的影响分析

研究风浪失速系数对市场主流液化气船EEDI/EEXI计算的影响。采用船模试验与CFD计算相结合的方法，分析了3型液化气船的风浪失速系数。该方法计算精度较高，适用于多型液化气船风浪失速系数的计算。研究表明，这3型液化气船的风浪失速系数为0.85～0.90。当考虑风浪失速系数时，液化气船的EEDI/EEXI将增大10%～15%。静水阻力在总阻力中的占比超过60%，风阻和波浪增阻的占比相差很小；随着航速增大，静水阻力的占比将增大，优化静水阻力是改善EEDI/EEXI的有效手段。     

基于澜沧江实船试验对兹万科夫船舶阻力计算方法的修正

考虑到采用兹万科夫法计算山区河流船舶阻力的局限性,结合澜沧江500 t级机动船实船静水航速试验,分析船舶阻力试验结果与兹万科夫法计算结果的偏差,提出按总阻力系数、剩余阻力、剩余阻力指数进行修正的思路和方法,建立相应修正系数与船舶弗劳德数、船宽吃水比的函数关系,对比上滩航行与静水航速实船试验结果,进行二次修正,总结出总阻力和剩余阻力二次修正系数以及适用范围。     

短波顶浪中KVLCC2船模阻力增加CFD计算研究

波浪中航行船舶阻力增加,特别是短波中的阻力增加,是船舶界关注的焦点之一,也是船舶水动力学界研究的热点之一。论文采用基于RANSE的数值波浪水池技术,针对KVLCC2船型,开展了短波顶浪中船舶阻力增加的数值计算研究。与模型试验结果的比较表明,文中的CFD方法能够相当准确地计算短波顶浪中航行船舶的阻力增加;对船体各部分波浪增阻的分析表明,船体艏段产生的波浪增阻占主导地位,艉段的波浪增阻很小,而平行中体段对波浪增阻几乎无贡献。     

短波顶浪中KVLCC2船模阻力增加CFD计算研究

波浪中航行船舶阻力增加,特别是短波中的阻力增加,是船舶界关注的焦点之一,也是船舶水动力学界研究的热点之一。论文采用基于RANSE的数值波浪水池技术,针对KVLCC2船型,开展了短波顶浪中船舶阻力增加的数值计算研究。与模型试验结果的比较表明,文中的CFD方法能够相当准确地计算短波顶浪中航行船舶的阻力增加;对船体各部分波浪增阻的分析表明,船体艏段产生的波浪增阻占主导地位,艉段的波浪增阻很小,而平行中体段对波浪增阻几乎无贡献。     

水线面大开口型工程船的阻力试验和节能措施

文章通过船模试验研究了水线面大开口型工程船的静水阻力和波浪阻力特性。结果显示,水线面大开口型工程船的艏艉开槽大大增加了船体的静水阻力,但对船体波浪增阻的影响却并不明显。同时,用模型试验和实船试验共同验证了此类船舶航行时双舵内偏一个角度能明显提高航速,是一项有效的节能措施。     

短波顶浪中KVLCC2船模阻力增加CFD计算研究（英文）

波浪中航行船舶阻力增加,特别是短波中的阻力增加,是船舶界关注的焦点之一,也是船舶水动力学界研究的热点之一。论文采用基于RANSE的数值波浪水池技术,针对KVLCC2船型,开展了短波顶浪中船舶阻力增加的数值计算研究。与模型试验结果的比较表明,文中的CFD方法能够相当准确地计算短波顶浪中航行船舶的阻力增加;对船体各部分波浪增阻的分析表明,船体艏段产生的波浪增阻占主导地位,艉段的波浪增阻很小,而平行中体段对波浪增阻几乎无贡献。     

Wigley船波浪增阻的研究

全球变暖问题日趋严重,船舶的温室气体排放受到广泛关注。作为船舶耐波性研究的重要内容之一,船舶在波浪中的阻力性能参数直接影响其能耗。文中采用STAR-CCM软件,以一条wigley船模为研究对象,分别计算研究了其约束模型和自由模型在静水及迎浪情况下的阻力及相关性能。讨论了约束模型和自由模型计算结果的差异以及忽略纵倾和升沉对静水阻力计算结果的影响。对wigley船自由模型在不同波高和波长下的波浪中阻力进行了计算和比较,研究了忽略纵倾和升沉的情况下船舶波浪中阻力计算结果的差异,并讨论了波长和波高的变化对船舶波浪中总阻力计算结果的影响。     

基于最小阻力的双体无人船优化设计

为了降低双体无人船在波浪中航行时的阻力,以片体长宽比、片体间距以及重心纵向位置为设计变量,根据均匀设计原理拟定不同的设计方案,运用数值计算方法对迎浪航行状态下双体无人船的静水阻力和波浪增阻进行分析,得出阻力与设计参数之间的关系,基于总阻力最小并计入总布置对船型设计的限制对双体无人船船型方案进行优选,得到波浪中阻力性能较优的方案。     

基于数值水池的集装箱船波浪增阻数值模拟

船舶在实际航行的过程中,在快速性方面会遭遇波浪使阻力增加而引起失速。为了设计具有优良航行性能的船舶,必须对船舶在波浪中航行的阻力增值给出准确的预报。船舶在波浪中航行的运动响应以及增阻预报涉及复杂的水动力学问题,如何开展准确的数值预报,这是目前国内外学者都在深入研究并力求工程应用的课题。本文对集装箱船进行实体建模,基于Fine/Marine的自适应网格生成技术HEXPRESS功能,数值模拟了规则波浪下,不同航速集装箱船的波浪增阻的变化规律。通过研究发现:在波长l/L_(PP)=1. 0附近垂荡运动响应变化明显,并且增阻系数最大,航速越大波浪增阻系数越大。本文的研究成果为后续船舶波浪增阻的预报以及优良船型的设计提供了有价值的参考。     

基于STAR-CCM+的30000 t散货船水阻力计算

考虑到船舶数值模拟过程中的不同的计算策略对于船舶阻力精确度影响不同,对STAR CCM+软件仿真过程中影响较大的几种影响因素进行对比分析,探讨了30 000 t散货船在不同计算区域、网格密度以及湍流模型等条件下船舶阻力的变化情况。结果表明,相比减少网格基础尺寸,适当的增加计算区域,可以在保证计算精度的情况下,减少计算时长,推荐采用SST K-Omega湍流模型进行仿真计算。提出的计算策略仿真误差在5%以内,满足实际的工程设计需要,是一种较为可靠的船舶阻力数值模拟方法,可为今后散货船静水阻力数值计算提供参考。     

基于STAR-CCM+的双体风电运维船静水阻力仿真

船舶阻力是影响船舶快速性的重要因素.对于风电运维船来说,优异的快速性能是维持运维效率的保障.为提高该双体运维船的静水阻力性能,基于CFD进行数值仿真,运用STAR-CCM+建立数值水池,进行静水阻力计算并研究不同片体间距对双体船阻力的影响.根据数值仿真结果设计船模拖曳试验与其对比,结果表明,采用STAR-CCM+对双体...     

基于纵倾调整的集装箱船实海域航行阻力减少的研究

为应对"能效运营指标(EEOI)自愿应用导则",提出了在航行中采用调节纵倾的方法,降低营运能耗。选取了3100TEU集装箱船作为研究对象,应用Rankine源自由面势流理论计算不同纵倾下船舶兴波阻力系数以及总阻力系数,应用三维面元法计算了规则波中的波浪增阻,并针对实海域进行了増阻预报。研究表明,一定的艉倾能减小兴波阻力和总阻力。通过实海域増阻预报,服务航速下采用艉倾0.4°的纵倾航行会使波浪増阻增加4.21%,但总阻力仍能减少3.38%,较有效地降低了EEOI值。     

被动翼复合船型航行性能模型试验研究

针对被动翼复合船型,采用模型试验方法,开展阻力和耐波性模型试验,分析一对首水翼和一型T型翼对阻力和垂向运动的综合影响。试验结果表明,加装被动翼之后,中低速时静水阻力增幅较大,高速时静水阻力增幅减缓;在1倍波长船长比附近,纵摇、垂荡、首尾垂向加速度大幅减小;波浪增阻显著降低。综合而言,被动翼复合船型在风浪中航行时,快速性与原船型相当,耐波性大幅提升,对改善船员舒适性和船上设备使用环境具有有益效果。     

基于CFD的散货船纵倾优化研究

船舶阻力会随着航态的改变而改变。在航速和排水量不变的情况下,通过调节船舶纵倾进而减小航行阻力是1种可靠且通用性强的方法。文章以1万t的散货船为例,基于CFD数值计算仿真工具Fluent的k-ω湍流模型求解RANS方程组,验证Fluent仿真在船舶阻力计算方面的可靠性,并通过调节艏倾和艉倾,计算出相同航速不同纵倾角下的船舶阻力值,提出平浮并非是该船舶最佳航行状态的结论,对船舶实际运营提供指导。在此基础上,提出1种对Fluent进行二次开发以进行更高效船舶阻力预报的方法。