基于CFD的内河船深浅水中操纵性预报

由于岸壁效应和浅水效应,内河船舶在限制水域作操纵运动时通常受到比在开阔水域中更大的水动力.这些水动力对船舶操纵性具有不利影响,有可能导致船舶碰撞或触底等海上事故.因此,为了在船舶设计阶段预报其操纵性能,考虑浅水效应和岸壁效应以准确计算内河船舶操纵运动水动力非常重要.本文基于CFD方法,通过对粘性绕流进行数值模拟,对长江中营运的三艘内河船舶的操纵运动水动力进行计算.首先,为了验证数值方法的可靠性,对标模KVLCC2纯横荡和纯首摇试验的水动力进行计算,并将计算结果与现有的试验数据进行对比.然后,对三艘内河船舶在不同水深下的静舵试验、纯横荡和纯首摇试验进行数值模拟,计算得到水动力及相应的线性水动力导数.最后,基于计算得到的水动力导数,获得Nomoto模型中的操纵性参数,对比分析三艘内河船舶在深浅水中的操纵性能.结果表明,本文方法可以揭示不同水深下三艘内河船舶的操纵性变化趋势.该方法可为船舶设计阶段内河船舶深浅水中的操纵性预报提供一种实用的工具.     

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。     

流场数值模拟技术在船舶安全靠离泊中的应用

为了保障船舶靠离泊作业的安全,针对现今国内船舶操纵模拟中实验流场数据观测局限性和难度高的现状,采用流场数值模拟技术和MIKE水动力模型对复杂流向、流速水域进行准确计算,并将模拟得出的数值应用于船舶模拟器中,反映研究水域实态流场情况。最后,以宁波港某码头作为研究水域进行验证,结果表明,基于流场数值模拟技术获取的流场数据精度较高,能够较好地反映出该水域船舶操纵难易程度。     

船舶在浅水域横向停靠运动粘性水动力计算

研究船舶在浅水域的低速横向漂移运动对研究船舶停靠运动特性具有重要意义.船舶停靠通常是一个低速慢漂的过程,在这个过程中,由于船舶特定的运动形式和几何形状,粘性水动力起主要作用,而兴波很小,其影响可以忽略,可以将自由面作为刚壁处理,从而使问题简化并大大减小数值计算的计算量.文中以标准Wigley船型为对象,对船舶在浅水中横向漂移运动的粘性流场和水动力进行了计算.为了得到准确、稳定的计算结果,分别选取了不同的计算区域、网格数量和湍流模型进行计算,并将计算结果与他人的计算结果和模型试验结果进行了比较,确定了模拟船舶低速停靠运动粘性流场的有效的数值方法.     

不对称流动对航道中航行船舶的影响

本文利用能够处理不对称自由面流动的改进的Dawson's方法来研究当船偏离航道航行时航道岸壁及水深对船舶所受的水动力的影响.计算结果与模型试验进行了比较,结果表明当航道水深不是很浅时,本文提出的方法和计算程序可以给出比较满意的结果,同时还可以发现当船舶偏离中心航道航行时,船两侧湿表面压力以及水面变化也是不对称的,水深以及岸边距离都能影响船体所受水动力及船波.     

Mike21软件桩群概化方法在高桩码头中的应用

码头前沿水域的横流过大容易导致船舶撞击码头或系船缆绳断裂,进而引发安全事故,因此研究码头前沿水域的流场状况对码头轴线合理选取和船舶的安全靠泊有着非常重要的意义。基于桩群概化方法,采用Mike21软件中的三角形网格水动力模块(FM模块)对曹妃甸矿石一期、矿石三期高桩码头附近的流场进行了数值模拟,并与现场实测流速、流向进行对比验证,确定了模型中的桩群影响参数。在此基础上,深入研究相邻高桩码头桩群阻力对周边海域的影响,并对码头前横流进行计算和分析。此方法实施简单、计算效率高,对大范围海域影响研究结果合理,对高桩码头前沿水域有关流速、流向的计算结果更加准确,对码头轴线合理选取和船舶安全靠泊有重要的参考意义。     

操纵运动船舶的水动力计算研究

以船舶操纵水动力预报为研究背景,通过对商用计算流体力学软件FLUENT的二次开发,采用其动网格技术以及后处理系统,对大型船舶操纵水动力导数进行了数值计算.船体按照斜航、不同舵角、纯横荡和纯首摇等状态做运动,得出随船坐标系下作用于其上的水动力及力矩.通过进行基于最小二乘法的曲线拟合,最终求得船舶操纵水动力导数.计算结果与势流理论计算结果一致,表明了所提出的计算方法适用于复杂船舶运动的水动力导数计算.     

顶浪中船舶水动力计算与运动模拟研究

基于计算流体动力学(CFD)方法建立数值波浪水池,对顶浪中航行船舶的水动力与运动进行数值计算研究。推导出一种船舶在波浪中航行的数值模拟的波浪环境表达方法并进行模拟验证,计算不同航速下顶浪中Wigley-III船模所受的水动作用力,以及顶浪中航行的Wigley-III船模的运动。通过将计算结果与DUT(Delft University of Technology)相关的试验数据进行比较,吻合良好。研究表明:基于数值波浪水池的数值模拟较试验更容易实现和控制,能够获得船体周围详细的流场信息,在波浪中舰船水动力性能与运动的研究等方面具有广泛的适用性。     

基于CFD数值模拟的船舶横摇附加质量系数和阻尼系数

基于CFD理论提出一种船舶周围水动力参数的辨识方法.以某型号驱逐舰船模为研究对象,对其典型剖面在静水中横摇进行CFD二维数值模拟,通过最小二乘法拟合得到船舶典型剖面水动力附加质量系数和阻尼系数,再沿船长积分得到船舶周围的等效水动力参数,并分析舭龙骨对横摇力矩的影响.研究结果表明,该参数辨识方法能有效得到船舶周围水动力参数,且具备较高的计算效率.此外,加装舭龙骨对船舶横摇稳定性的提升有着显著作用.     

桥区水域船舶临界失控水动力干扰区与船舶领域的对比研究

为深入研究桥区水域通航环境安全,文章从我国内河水运发展的实际需要出发,结合既往研究成果,主观调查与客观实际相结合,通过对船舶领域理论的分析,指出了船舶领域理论在桥区水域以及其它拥挤水域的不适用性。提出了船舶临界失控水动力干扰区的概念,并利用船舶操纵性理论,结合开发出的船间水动力干扰通用模型,对船舶临界失控水动力干扰区进行了系统分析,并将分析结果与船舶领域理论进行了对比。     

受损船水动力性能研究现状

船舶受损后,其水动力性能将严重恶化,同样海况下,难以像完整船舶一样正常航行。为了提高人员财产安全和减少水域污染,国内外十分重视受损船水动力性能研究。随着船舶水动力学科及其相关数值和实验技术的进步,受损船水动力研究已成为当前船舶水动力学领域的前沿热点课题之一。本文主要对近十几年来国内外受损船水动力性能——操纵性、耐波性的研究现状进行评述,介绍受损船水动力前沿的研究内容,并基于国内外受损船水动力研究现状的分析,提出我国在研究受损船水动力方面存在的问题及其今后研究的建议。     

远海作业锚泊定位大型抓斗船时域耦合分析

在环境复杂、作业水深较大的远海开敞海域进行作业时,大型抓斗船需采用锚泊定位方式,且船体运动响应受风浪影响较大。同时,在抓斗提升和旋转过程中,抓斗运动速度快,提升质量大,抓斗出水时全船所受载荷发生瞬时变化,加上复杂环境载荷的作用,对船舶安全具有很大影响。以适用于远海开敞海域、采用锚泊定位方式的200m3级大型抓斗疏浚船为研究对象,建立了船舶的水动力计算模型,对其运动响应RAO和载荷RAO进行了计算分析。考虑船舶主体、抓斗及锚泊系统之间耦合作用的影响,对抓斗作业时提升和旋转过程中船舶运动响应和锚泊线张力进行时域动力分析,得到了该船动力载荷结果,为后续的设计工作提供基础。     

粘性流场中船舶操纵水动力导数计算与验证

以软件Fluent作为仿真软件,应用其能够计算流体力学的特点,对操纵船舶的水动力进行预报。其方法为使用软件的动网格及后处理功能,计算出粘性流场中船舶在不同的状态以及在做不同运动时的水动力导数。首先根据船舶的运动状态计算出作用于船舶上的水动力力矩,然后对力矩进行曲线拟合,从而得到粘性流场中船舶操纵水动力导数。仿真计算结果表明,在不同运动状态下船舶的操纵水动力与次频率没有明显关联,所以该粘性流场中船舶操纵水动力导数计算方法完全可行。     

浅水域中船舶的操纵运动仿真研究

研究船舶在浅水中的操纵与控制是船舶航行安全的一项重要课题。根据势流理论，以某型船舶为仿真实体，进行仿真建模，通过对船体进行网格划分，基于不同船体网格模型进行浅水域的操纵性计算。研究结果反映出该型船舶在浅水域的操纵特性，为该型船舶在浅水域的操纵提供科学依据，同时对其它船型的操纵性研究具有一定的借鉴意义。     

WIGLEY船型的水动力脉冲响应函数分析研究

船舶在水上航行时不可避免地会受到波浪的影响,对船舶在波浪中的运动时域进行准确预报是船舶水动力研究的主要内容,也是现代航海工程的研究热点之一。WIGLEY船型作为一种通用的船型,对它的水动力进行深入研究具有重要的现实意义。在WIGLEY船型水动力的分析中,可用的方法较多,脉冲响应函数法的计算结果比较准确。基于此,本文从船舶水动力脉冲响应函数法分析入手,论述了WIGLEY船型的水动力脉冲响应函数验证。结果表明,该方法比格林函数法的准确性更高。     

卡西姆港燃煤应急电站卸煤码头港池水域平面布置优化

针对复杂水域条件下大型散货码头的水域平面布置,基于卡西姆燃煤应急电站码头工程项目,根据对周边已建工程、红树林以及水动力等主要影响因素的深入分析提出初步平面方案,并通过船舶操纵模拟试验对平面布置及相关尺度进行优化,合理确定本工程平面布置方案。结果表明,本工程的建设对周边影响较小,水域尺度能够满足船舶通航及靠离泊要求,水域平面布置合理。     

浅水条件下船舶通过船闸时的水动力性能数值研究（英文）

文章通过应用CFD方法数值模拟在浅水条件下通过船闸的船舶粘性绕流,对船舶通过船闸时的水动力性能进行了数值预报研究。通过UDF编程定义船舶的运动,使用动网格方法和滑移交界面技术进行船舶运动过程中的网格更新,计算作用在船体上的水动力,并由计算得到的水动力求得船体下沉和纵倾。为了验证所采用的数值方法,以一艘通过比利时泽布吕赫Pierre Vandamme船闸的船舶为例,在模型尺度下进行了计算,并将计算结果和佛兰德水利研究所的模型试验基准数据进行了比较。通过分析不同船速、偏心距和水深条件下的数值结果,给出了这些因素对船舶通过船闸时的水动力性能的影响。该文研究结果可为浅水条件下船舶通过船闸时的安全操纵和控制提供一定的指导。     

浅水条件下船舶通过船闸时的水动力性能数值研究

文章通过应用CFD方法数值模拟在浅水条件下通过船闸的船舶粘性绕流,对船舶通过船闸时的水动力性能进行了数值预报研究。通过UDF编程定义船舶的运动,使用动网格方法和滑移交界面技术进行船舶运动过程中的网格更新,计算作用在船体上的水动力,并由计算得到的水动力求得船体下沉和纵倾。为了验证所采用的数值方法,以一艘通过比利时泽布吕赫Pierre Vandamme船闸的船舶为例,在模型尺度下进行了计算,并将计算结果和佛兰德水利研究所的模型试验基准数据进行了比较。通过分析不同船速、偏心距和水深条件下的数值结果,给出了这些因素对船舶通过船闸时的水动力性能的影响。该文研究结果可为浅水条件下船舶通过船闸时的安全操纵和控制提供一定的指导。     

基于CFD的船舶水动力计算收敛性分析

为基于计算流体动力学（Computational Fluid Dynamics,CFD）的单体船型水动力性能计算参数提供参考依据,开展相关的收敛性分析。采用CFD数值计算,分析网格尺度、湍流模型和时间步长对于船舶水动力计算的收敛性影响,提出基于CFD的船舶水动力计算优化参数模型,并以水池模型试验验证所提方案的准确性。采用船长2.83%的非结构化网格进行流体计算域网格划分,采用Realizable k-ε湍流模型,计算时间步长取波浪遭遇周期Te的1/200,可更加合理地模拟船舶在规则波中的运动响应,为基于CFD的船舶阻力与耐波性计算提供确定依据。     

粘弹性流体作用下的船舶水动力特性研究

为了提高船舶、潜艇的航运性能,降低高速行进过程中的海水阻力,国内外对船舶的水动力特性研究和船型设计投入了大量的精力。粘弹性流体是一种介于粘性流体和弹性固体之间的流体,具有粘性和弹性2种特征,研究粘弹性流体下的船舶水动力特性可以模拟船舶在极端海洋气象条件下的水动力特性,对改善船型设计、提高船舶水动力性能有重要的作用。本文利用计算流体力学CFD技术和数值模拟软件Fluent,完成了船舶在粘弹性流体作用下的水动力仿真,并结合CFD计算软件Open FOAM对船舶在粘弹性流体的动力学特性进行分析,并完成基于Fluent的船舶水动力仿真。