全国CFD学组第一次学术交流会议召开

<正>近日,中国造船学会船舶力学委员会的CFD学组第一次学术交流会在上海举行。会议由中国船舶及海洋工程设计研究院主办,王金宝研究员主持,黄蔚总工程师出席会议并致辞。作为CFD学组组长,王金宝研究员首先进行了题为"CFD技术在船舶设计中的应用研究"的报告,介绍     

虚拟水池试验系统中船体曲面和网格自动生成技术

为推动CFD技术在船舶水动力学领域的更高层面的广泛应用,中国船舶科学研究中心开发了舰船综合水动力虚拟水池试验技术系统。该系统为了减轻传统CFD分析中的重复性工作,实现了船体复杂三维曲面和全域结构化网格的自动生成。本文对系统中三维曲面和网格自动生成技术进行详细讨论。     

LPG发动机缸内Nox分布及其排放的预测研究

借助CFD软件Star-CD,将基于β函数的概率密度函数方法应用于描述LPG发动机缸内不同区域的温度来模拟NOx的生成,同时考虑了缸内湍流场中组份和温度场的脉动。给出了在火花点火的燃烧方式下,LPG发动机在不同曲轴转角下缸内NOx的时空分布。计算和试验结果吻合良好。与其它PDF方法相比更趋理性,为研究和改善发动机的排放提供了参考。     

天然气发动机曲轴箱爆炸模拟及分析

为了验证船用天然气发动机曲轴箱的设计强度能否承受最恶劣爆炸工况下的超压,利用CFD计算软件对曲轴箱内燃料-空气混合气体爆炸后果进行数值模拟。基于荷兰应用科学院多能法(TNO多能法),在现有等效气体云Q_9模型的基础上推导适合曲轴箱内爆炸模拟的CFD计算模型。与试验数据的验证进行对比发现,新模型在高拥塞度、较小容积、受限空间中的计算结果精度较高。以某典型船用天然气发动机曲轴箱为例,采用新的等效气体云模型计算最恶劣爆炸工况下曲轴箱内的超压分布,并导入有限元软件进行强度评估。评估结果表明:曲轴箱油底壳部分结构无法承受最恶劣爆炸工况下的超压,若不安装防爆阀,需在设计时对曲轴箱油底壳结构进行适当加强。     

基于CFD的翼型水动力性能多目标优化设计

随着计算机技术的飞速发展,如何进一步发挥CFD在船舶工程优化设计中的作用,成为当前CFD应用研究的一个重点.文章通过集成CFD工具、优化算法和几何重构技术构建了基于CFD的构型水动力性能优化设计平台.以翼型作为优化对象,阻升比和尾流均匀度作为目标函数,采用Bezier曲线方法实现翼型几何表达与重构,利用DOE和NSGAⅡ算法对NACA0024翼型进行了多目标全局优化设计,获得了均匀分布的Pareto最优解集.结果表明该平台可以用于翼型水动力性能多目标优化设计.此外,文中的工作为进一步开展基于CFD的船型水动力优化设计打下了坚实的基础.     

基于AUTOCAD建模FLUENT中的计算域尺寸的设计与实现

计算机辅助设计软件AUTOCAD具有异常强大完善的绘图功能,借助其强大的功能进行CFD问题建模,所建模型通过一定的技术处理和格式转换能被CFD商用软件FLUENT提供的前处理软件模块GAMBIT识别,最终实现在FLUENT求解器中完成对对象模型CFD问题要求的计算域的设计。本文以圆柱绕流为实例,介绍了用AUTOCAD建模与GAMBIT的联合使用及FLUENT中的计算域尺寸的设计方法和技巧。     

舰载机发动机喷管高温高压流动特性仿真分析

舰载机发动机喷出的气体,在离开喷管后形成的具有高温和高压特性的高速射流,对舰艇周围环境和设备有较大影响。本文采用发动机喷流速度场模型,利用CFD软件对舰载机发动机喷管高温高压流动特性进行仿真分析,得到了超音速流动下中度欠膨胀和高度欠膨胀的特征和气体射流场随马赫数的增加所产生的变化特性。在此基础上,针对不同的偏流板倾角45°,60°,75°,90°,分析舰载机发动机喷流对偏流板的冲击流场特性,得到偏流板角度变化时流动特性和变化规律。     

舰船舰面空气流场的CFD数值模拟探讨

CFD技术已经广泛应用于舰船水流场的分析计算研究领域,而在舰船空气流场研究中的应用趋势正在逐步增强,目前国内在该领域的研究工作还处于起步阶段.从现代舰船气流场的研究发展现状、舰船空气流场CFD数值计算方法的选用以及实例数值计算,探讨了数值模拟舰船气流场的可行性,并通过将计算实例的数值计算结果与其对应状态的风洞试验结果进行对比分析,验证了计算结果的合理性,结果显示,利用CFD工具在定常条件下对舰船空气流场的模拟计算方法是可行的.     

PIV技术在某驳船模型强迫横摇水动力测试中的应用

[目的]为研究船舶横摇过程中粘流场细节以提高横摇阻尼数值模拟精度,[方法]开展了粒子图像测速(PIV)技术在静水强迫横摇水动力测试中的应用研究。首先,采用自制的强迫横摇装置在水池中开展某驳船在不同摇幅和振荡周期下船舶横摇水动力与舭部流场的同步测试。观测舭部粘流场在船体振荡过程中的变化规律,研究横摇阻尼系数随摇幅和周期的变化规律。然后,将模型试验测试结果与计算流体动力学(CFD)软件模拟结果进行对比。[结果]结果表明,CFD预报船舶横摇整体阻尼系数精度较好,但预报的局部流场细节与模型试验测试结果间存在一定的差异,[结论]需在模型试验技术和CFD预报技术上开展进一步研究。     

船舶CFD不确定度分析方法述评

船舶CFD技术已越来越显示其"数值水池"的巨大潜力和广阔前景;CFD的不确定度分析也就成为"数值水池"实用化的技术瓶颈之一。以"量值溯源"为基础的测量不确定分析方法体系(如ISO-GUM)并不适用于数值模拟。自AIAA于1998年发布"CFD不确定度分析导则"以来,关于CFD不确定度分析的技术术语和定义已逐步取得统一。2009年ASME发布了"CFD不确定度分析标准"并成为美国标准,必将有力地推动CFD不确定度分析的广泛应用和方法统一。文中首先对AIAA和ASME方法进行了综述,重点评述了"数值计算不确定度"(numerical uncertainty)的评定方法;其后,对ITTC现有规程(2008年修订)以及最新进展进行了简要的总结。文中还对如何将CFD不确定分析与船舶CFD实际应用相结合的问题给出了初步建议。     

船舶机舱通风数值模拟分析

利用CFD技术对某船舶机舱通风系统进行数值模拟,提出机舱气流组织改进措施.选取舱内典型截面进行分析,指出可以通过安装隔屏来消除舱内大漩涡,同时调节机械抽风口数量和位置,可使舱内气流组织得到改善;对舱内人员活动区域进行分析,表明活动区域环境速度、温度均符合设计要求,而且风机开度与舱内温度密切相关,根据舱内不同温度要求合理选择开度可节省资源.模拟结果证明CFD技术有利于机舱通风设计,为通风系统的改进提供了有力工具.     

船用离心泵状态监测

实现机舱设备实时状态监测及评估是智能船舶以及无人机舱发展过程中的重要部分,也是事后维修、定期维修向视情维修转变过程的关键技术.本文利用最小二乘多项式拟合法对实验数据进行拟合,得到离心泵Q-H特性曲线拟合多项式.在某一进出口压差下,比较拟合流量和监测流量之间的差值来表征离心泵实时性能状态,并通过设置不同程度的泄露故障验证该方法的有效性.相比于用CFD软件建模仿真以及监测振动等方法,该方法可行性强、简单实用、成本较低,具有重要的实际工程应用价值.     

船用柴油机排气冷却降噪装置性能仿真与实验研究

在特定情况下,船用大功率柴油机排气温度和噪声会受到严格限制,为解决这一问题,考虑在柴油机后安装冷却降噪装置.现应用湍流气粒两相流动的计算流体力学理论,对冷却降噪装置的冷却效果及阻力特性进行仿真计算,计算结果和试验吻合较好.     

轮机模拟器中的实时技术

为履行STCW(78/95)国际公约,轮机模拟器受到了广泛的重视.轮机模拟器是充分应用数学建模技术、过程仿真技术等计算机技术的大型教学实训设备,其对实时性的要求较高.文中从实时性的角度,介绍了轮机模拟器中的多进程和共享内存技术,并就它们对轮机模拟器技术性能的影响进行了分析.     

船用中速柴油机NO_x排放性能优化研究

利用专业的发动机仿真软件BOOST和HYDSIM建立柴油机工作过程模型和电控单体泵仿真模型,并根据现有的柴油机试验数据和电控单体泵系统平台试验数据对计算模型进行标定;运用标定好的模型对电控单体泵系统配机的排放性能进行优化分析,最终结合米勒循环和喷油正时调整得出优化结果;考虑到油、气、室三者间的匹配要求,最终的优化把喷射、雾化与燃烧结合起来,并通过三维燃烧分析软件对电控单体泵系统的改进方案进行校核,为实现电控单体泵系统与柴油机良好的匹配提供了有力的支撑.     

米勒循环对船用低速柴油机性能影响的仿真研究

针对节能减排对船舶行业所具有的重要意义,对应用米勒循环技术的某型船用低速柴油机进行了模型验证与仿真计算,分析了米勒循环强弱对柴油机性能的影响,给出了米勒循环强弱对柴油机缸内压力、温度、放热率及NOx排放的影响规律,并对船用低速柴油机的综合性能进行了评估。研究结果表明：米勒循环强弱对柴油机缸内温度及放热率具有较大影响,控制米勒循环强弱能够显著降低NOx的排放,排气阀每晚关10oCA, NOx生成量降低6%-7%,当米勒循环增加到一定程度时,继续加强米勒循环将在降低NOx排放的同时,导致燃油经济性降低且需高压比的增压器匹配,使得配机成本增加,这些结论将为船用低速柴油机的进一步开发提供参考。     

船舶机舱机械通风的计算与气流组织分析

通过某型油轮机舱通风所需通风量的计算和机舱气流组织的仿真分析,指出,船舶机舱的通风效果不仅与通风量有关,而且也和机舱内合理的气流组织有关.通风量计算以为基础,在计算出通风量的基础上进行了风机的选型;气流组织分析是通过CFD软件Airpak为工具的,合理的气流组织可以改善机舱内局部通风的环境,从而使得如集油盘、污油井等易于产生油气聚集的区域在气流的冲击下,油气的聚集浓度降低,提高了机舱的安全性.分析结果表明,利用Airpak进行气流组织分析也有利于优化风管的尺寸、排风栅的面积和进风栅的高度设计.     

某平台机舱进排风口气流组织的CFD模拟

某自升式平台的机舱进、排风口位置比较接近,机舱排出的热气受大气风影响可能返回进风口,进而提高进风温度,成为一个设计隐患。文章应用CFD技术,通过模拟一定的大气环境条件下进排风口处的气流组织,找出最不利工况,并提出切实可行的改进建议。     

通用虚拟维修训练仿真软件的设计与实现

文章针对虚拟维修技术发展的现状，构建了一个虚拟维修训练通用仿真软件设计方案，并研究了该方案下的实现方法。在该方案下开发了某型发动机的虚拟维修训练系统，对系统的可实现性进行了验证。通过对该虚拟维修训练通用仿真软件的研究，对促进虚拟维修训练技术的发展具有重要的意义。     

基于CFD技术的散货船线型优化研究

随着CFD技术的逐渐成熟,该技术已被应用于线型母型的选取和线型优化等设计流程中。依托"计算流体力学的实用化研究"项目,以17.5万dwt散货船为研究对象,应用CFD软件和优化软件来改进该船的阻力性能及伴流场。选取船体艏部三个特征参数和艉部两个特征参数作为优化变量并针对每个改型进行数值模拟,并将该船原型及艏、艉部分别优化所得线型进行模型试验,试验结果与数值研究方法的结论一致。