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。     

迎浪时基于非线性运动方程的船舶RANS数值模拟

针对传统方法存在数值模拟效果差的问题,提出迎浪时基于非线性运动方程的船舶RANS数值模拟方法。根据非线性运动规则,结合船舶自身的稳定性能,计算航行控制边界稳定限值,利用二阶映射方法,描述一个微分方程映射解,构建非线性运动方程。采用消波方法消除船舶迎浪出口传递过来的波浪,保证非线性运动方程运用的稳定性。选取自适应最优解,对船舶RANS数值进行模拟,并进行迭代处理,获取归一化权重向量,由此获取RANS数值仿真结果。通过实验对比结果可知,该方法最高模拟效果可达90%,可实现对船舶超稳定性控制。     

船舶在随浪中的增阻和失速研究

针对国际拖曳水池会议(International Towing Tank Conference,ITTC)推荐的实船试航航速修正方法中对波浪增阻的修正未严格区分迎浪工况和随浪工况的情况,对一艘50500载重吨油船进行随浪规则波模型试验,并将所得结果与迎浪规则波模型试验结果相对比,研究船舶在随浪中的波浪增阻和运动规律.采用ITTC实船功率预报推荐的阻力推力一致法对该船进行实际海况下的失速预报分析,对比迎浪和随浪工况下的实船失速预报情况.结果 发现,在相同等级的海况下,随浪工况下的船舶失速比迎浪工况下的船舶失速小,且随着海况等级的提升,两者的失速差值越来越大.     

基于CFD的规则波顺浪数值水池模拟

基于CFD（ Computational Fluid Dynamics）和粘性数值波浪水池技术,对顺浪航态的规则波波浪环境进行数值模拟,采用边界造波法进行波浪生成,VOF（Volume of Fluid）法模拟自由面。本文改进了传统的基于规则波的顶浪数值模拟方法,在特定波浪、不同航速条件下进行了顺浪航态的数值水池模拟。根据模拟呈现的动态效果,以及与Matlab仿真结果的对比,对试验的准确性进行验证。     

基于CFD的规则波顺浪数值水池模拟

基于CFD(Computational Fluid Dynamics)和粘性数值波浪水池技术,对顺浪航态的规则波波浪环境进行数值模拟,采用边界造波法进行波浪生成,VOF(Volume of Fluid)法模拟自由面。本文改进了传统的基于规则波的顶浪数值模拟方法,在特定波浪、不同航速条件下进行了顺浪航态的数值水池模拟。根据模拟呈现的动态效果,以及与Matlab仿真结果的对比,对试验的准确性进行验证。     

含半开放水舱的船舶波浪特性数值分析

含有半开放水舱的船舶在实际波浪中航行时，由于船体运动和舱壁反射等而导致舱内波浪环境条件十分复杂，增加了小型船舶进该水舱内作业安全的不确定性。基于自研求解器naoe-FOAM-SJTU，并利用重叠网格技术对不规则波中含半开放水舱的船舶进行运动模拟。以船舶零航速迎浪时的模拟为基础分析半开放水舱内的波浪演化特性，研究不同航速和浪向对半开放水舱内波浪环境的影响。结果表明，在半开放水舱内波浪从舱尾到舱首呈现逐渐减小的趋势，航速增加后舱内波高明显降低，这在舱首尤为明显；随着浪向角的减小，舱内波高明显增加。已完成的计算工况表明，增加航速或浪向角可减小半开放水舱内波浪，从而降低小船驶入水舱内作业的风险，这项研究结果可为制定实际船舶的作业方案提供参考。     

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。     

舰船顶浪遭遇畸形波的波浪水池数值模拟研究

畸形波对船舶航运极具威胁,已引发多起海上事故,因此有必要对舰船遭遇畸形波进行数值模拟。基于长峰波随机海浪模型,在相位调制生成畸形波的同时考虑了舰船航速的影响,可以对舰船在顶浪航行定时定点遭遇畸形波的非线性波浪环境进行建模,利用CFD生成数值波浪水池,并对畸形波生成过程中畸形参数、峰度、陡度的变化以及速度分量随深度的变化进行分析,从一定程度上反映畸形波的演化特性,并验证数值模拟的有效性。     

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。     

Matlab可视化GUI编程在船舶随浪航行安全预警系统的应用

船舶在大风大浪的环境中航行时,为了提高船舶航行安全性,通常进行迎浪航行,但在某些特定条件下,船舶只能随浪航行,这种航行模式会大幅提高船舶横摇、纵摇等运动的幅度,甚至导致船舶发生倾覆,因此研究船舶随浪航行的安全预警系统非常重要。本文结合Matlab可视化GUI编程,设计一种船舶随浪航行下的安全预警系统,并对该系统进行性能测试。     

铝合金穿浪双体船波激振动响应计算研究

对穿浪型双体船在波浪中航行时的受载状况进行研究,采用规则波理论计算其所受波浪外载荷。利用有限元法建立了铝合金穿浪双体船波激振动响应数值计算模型。基于水弹性理论,采用所建立的数值模型对某全铝合金穿浪双体船高海情试验进行了数值模拟,将数值模拟结果与实船试验数据进行了比较,证明本文方法可靠。进行了该船受6级海况波浪激励的振动响应计算,发现全铝合金穿浪双体船波激振动位移响应较大,远大于常规单体船。还发现高海情中航行时的波激振动应力响应值亦较大。     

超大型集装箱船全浪向波浪增阻预报技术研究

随着IMO最小推进功率规范的实施和ISO-15016实船测试航速修正方法的修订改版,波浪增阻研究引起广泛关注,成为当前船舶耐波性领域研究的热点和难点。虽然国际上针对迎浪情况的船舶波浪增阻已开展过较为广泛的研究,但对于斜浪和随浪等全浪向中的波浪增阻预报尚未取得突破性进展。该文首先阐述全浪向中的波浪增阻数值计算与模型试验方法,然后针对2万箱超大型集装箱船开展全浪向中的波浪增阻数值计算与模型试验研究。通过与商业软件和荷兰MARIN水池试验结果的比较,证明数值预报方法有效且计算结果优于商业软件、模型试验方法可行。研究成果可用于船舶在全浪向中的波浪增阻预报,进而可用于实船测试航速修正和最小推进功率规范校核等,具有较好的工程应用价值。     

数值波浪水池中船舶顶浪运动模拟研究

文献[1,2]进行了数值波浪水池波浪环境的模拟、规则波顶浪中船舶水动力的计算以及船舶辐射问题的模拟.文章在其基础上,基于N-S方程,对规则波中顶浪前进的Wigley船模运动进行了模拟.数值模拟的船模运动结果与DUT(Dem University of Technology)的试验数据进行了比较,分析,二者符合较好.文中与文献[1,2]的研究工作一起,初步构建了真正意义上的基于N-S方程的数值波浪水池.     

船舶参数横摇非线性力学特征数值分析

为研究船舶参数横摇发生的力学机理,文章基于计算流体力学方法,对DTMB5512船模规则波顶浪航行时的参数横摇运动进行了数值模拟。模拟结果表明:参数横摇复原力矩曲线会随横摇角增大而出现2个拐点,呈现出先增大、后减小、再增大的非线性特征;其零点、拐点及最大值点可以分别用垂荡、纵摇及船/波相对位置进行表征。文中方法实现了船舶参数横摇力学特征的数值分析,可为船舶波浪中的完整稳性评估提供新的方法。     

改进的预报集装箱船波浪增阻的半经验方法

波浪增阻的精确预报对船舶实际航行的性能分析具有重要意义。论文采用理论的和半经验方法,对集装箱船进行了规则波迎浪航行波浪增阻计算,与试验结果进行了比较,分析吃水和航速影响。理论方法基于水平线段移动脉动源的三维面元法求解速度势问题,进而采用三维船体辐射能量法得到船舶辐射增阻,基于二阶波浪力中绕射势得到绕射增阻;经验方法采用ISO15016-2015推荐的STAWAVE2方法。通过分析两种方法波浪增阻成分占比,得出了不同方法在不同频域段的适用范围。对半经验方法计算波浪增阻的关键参数进行了讨论,结合理论计算结果的趋势,针对集装箱船船型,提出了反映船型特征的预报波浪增阻的半经验方法。     

数值波浪水池与排水型高速船波浪增阻计算方法研究

基于CFD技术对三维数值波浪水池以及排水型高速船波浪增阻进行计算研究。采用在水池入口处模拟波浪速度的方法造波。水池尾部采用人工阻尼结合稀疏网格消波,自由面采用VOF方法处理,采用动网格技术结合运动控制程序模拟船舶的纵摇与升沉运动。对规则波中迎浪前进的Wigley III船模和Model 5b船模纵摇与升沉运动以及波浪增阻进行计算并与试验值进行比较、分析,为排水型高速船波浪增阻的计算提供参考。     

迎浪时基于非线性运动方程的船舶RANS数值模拟

迎浪航行是船舶运动是非线性运动,采用一类具有齐次解的二阶偏微分方程描述迎浪时船舶的非线性运动,构建船舶迎浪航行控制的非线性运动方程,在临界稳定条件下分析船舶非线性微分方程的齐次解,在非线性波动运动模式下,建立船舶非线性运动方程的局部寻优模型,采用最小二乘拟合方法进行迎浪航行的控制参量寻优,实现非线性运动方程的船舶RANS数值仿真模拟,根据RANS数值模拟结果实现船舶非线性运动优化控制。数值仿真分析表明,迎浪时船舶非线性运动方程具有稳定收敛的齐次解,能实现对船舶的超稳定性控制。     

三维流体动力方法计算穿浪双体船的船体响应

穿浪双体船船型复杂,航速较高,要准确预报其波浪载荷比较困难,但同时对于结构设计而言又非常重要。基于线性势流理论,采用三维流体动力学方法在时域上计算了穿浪双体船的运动响应和波浪载荷,时域计算结果经过傅立叶变换,在频域上分析了其响应特征。通过与规则波中试验结果和数值计算结果进行比较分析,表明用该方法计算穿浪双体船的船体响应可以获得比较满意的结果,可应用于同类船舶的波浪载荷预报。     

基于重叠网格方法的船舶迎浪增阻与运动数值预报

基于粘性流CFD软件建立了三维数值波浪水池,并对带舵的KCS船模在静水和5个不同波长的规则波中航行进行数值模拟。文中采用入口处模拟波速的方法造波,消波方法运用强迫消波技术(Wave Forcing),并利用VOF方法追踪自由波面的变化,在数值水池中成功模拟了波浪的生成与传播;最后结合重叠网格方法对KCS船模迎浪增阻与运动响应进行数值计算,并将计算结果与试验数据进行对比分析,吻合良好,为今后准确预报舰船在波浪中的增阻和运动响应提供参考。     

船舶不规则波中增速骑浪的数值计算及统计分析

船舶在随浪中航行时,受到波浪影响,会产生间歇性的异常高速现象,即"high runs",它反映了一种船速相对于波形高速前冲的危险状态,本文采用"波浪中增速骑浪"指代这一现象.基于统一理论,采用耐波性和操纵性耦合的六自由度弱非线性模型进行求解,对其展开数值计算和统计分析.通过探讨,论证标称航速作为波浪中增速骑浪现象发生判...