影响滑行艇阻力数值计算的网格因素研究

为了获得有效的滑行艇阻力数值计算方法,采用粘性流体力学软件STAR CCM+,根据结构网格特点分别探讨了船体表面第一层网格节点高度、船体表面网格尺度以及流域网格节点分布系数三个因素对滑行艇阻力计算精度、收敛速度以及计算稳定性的影响。通过把不同网格划分方法所得到的数值结果与模型试验结果进行比较,确定了适合滑行艇阻力计算的网格参数。利用得到的网格方案对多种航态滑行艇阻力进行计算,计算结果与试验值的符合情况良好。     

高速滑行艇CFD精度研究

文章基于RANSE VOF求解器,对高速滑行艇稳定直航状态下的水动力计算精度进行研究。根据模型试验中的航行姿态,建立水气二相流模型进行数值模拟。分别采用结构化网格和切割体网格对楔形体进行计算,分析阻力和动升力的计算精度。通过比较得知,对于高速滑行表面问题,切割体网格和结构化网格同样可以满足工程精度,而前者能够很好地适应复杂的滑行艇表面且网格生成较为便捷。因此文中进一步采用切割体网格对滑行艇进行数值计算,精度同样满足滑行艇的模型试验,验证了CFD方法可以满足两相流中高速滑行表面的水动力计算精度问题。     

喷水推进高速三体滑行艇数值自航研究

为了验证计算流体力学(CFD)方法预报滑行艇自由液面粘性流场的精确度,判断为某三体滑行艇设计的喷水推进器能否满足快速性要求,采用CFD方法对某喷水推进高速(1Fr_L1.8)三体滑行艇进行两相流的数值自航,并与试验值比较。运用切割体网格技术并基于RANS VOF求解,首先计算了五个不同速度下的裸艇阻力。结果表明:阻力系数最大误差8.3%,最小误差0.5%,达到了较好的计算精度;采用等推力系数法,在模型尺度下进行"滑行艇+喷泵"的数值自航,将结果推算到实尺度艇,结果表明该喷泵可以达到设计航速;高速航行时推力减额为负的主要原因是艇首尾压差阻力的显著降低。计算结果显示,考虑自由液面时滑行艇底部会出现不合理的水气分布,这影响到滑行艇的阻力性能和喷泵的推进性能,通过局部网格加密可以显著减少艇底非正常水气分布,但艇底气水层难以完全消除,这可能是CFD方法预报滑行艇阻力精度难以控制的原因之一。     

混合网格在滑行艇阻力数值模拟中的应用

为探讨适用于滑行艇全航速段数值模拟的网格划分方法,本文采用CFD技术研究了混合网格在滑行艇阻力数值模拟中的适用性,采用了不同数量的混合网格对滑行艇粘性绕流场进行了数值模拟,对阻力进行了计算,并且对比了不同网格数量对计算结果的影响,分析了其中的原因,得到了适用于滑行艇阻力数值计算的混合网格。在此基础上采用所得到的网格划分方式对滑行艇全航速段进行了数值模拟,并与实验结果进行了比较,两者吻合较好。     

基于CFD技术的滑行艇静水阻力计算

滑行艇作为一种高性能船舶,被广泛地应用于军事、运输、娱乐等方面,而滑行艇的阻力性能备受人们关注。本文基于CFD技术开展了滑行艇阻力计算研究,分析了时间步长与近壁面网格划分对计算精度的影响。数值计算结果表明,时间步长和近壁面网格划分的不同主要影响的是滑行艇的摩擦阻力以及艇底的气液分布情况。选择合理的参数设置可以使数值计算结果与试验较好地吻合,证明了CFD技术计算滑行艇阻力的可行性。     

基于多块结构网格的滑行艇巡航时流场研究

滑行艇是一种依靠动升力高速航行的船体,其流场复杂。为了捕捉滑行艇航行的流场特征,本文根据滑行艇的流场梯度变化建立合适的结构网格,采用RANS结合VOF方法对滑行艇不同航速的运动进行数值模拟,将不同体积傅汝德数下的滑行艇阻力的计算值与理论值和试验值进行对比,验证了数值方法的可靠性。详细分析了滑行艇航行的流场,包括水面兴波、方尾虚长度以及侧向喷溅现象。最后根据滑行艇的流场完整性,设计了外挂对转桨,并给出了自航滑行艇的流场特性。     

多面体网格在滑行艇数值仿真计算中的应用

通过对NACA滑行楔形体进行数值仿真计算,验证多面体网格在滑行艇数值仿真计算上的精度,并尝试使用多面体网格改善滑行艇数值仿真计算中遇到的伪扩散问题。计算结果表明,基于多面体网格的滑行艇数值仿真计算的精度很高,能够满足工程需要;能够改善滑行艇仿真计算中遇到的伪扩散问题。本文进一步扩展了多面体网格在船舶与海洋工程领域的应用范围,并为滑行艇的数值仿真计算提供有益参考。     

倒V型槽道滑行艇船型的水动力性能研究

考虑到高速航行时常规双体滑行艇阻力较大且艇体兴波严重,以及三体滑行艇独特船型所带来的优异快速性和兴波小等优良水动力性能,文章借鉴三体滑行艇的工作原理并应用于双体滑行艇,创新性提出倒V型槽道滑行艇的概念,并进行艇型结构设计和CFD水动力分析。模拟计算结果表明该艇型具有高航速时阻力增加缓慢和纵倾角变化平缓等优点。     

基于罚函数的滑行艇阻力性能优化方法研究

滑行艇的阻力性能优化是设计滑行艇艇体的重要内容之一,如何减小艇体阻力是设计师优先考虑的目标。文章从传统的SIT阻力估算方法着手,分析滑行艇受到的力和力矩,并引入Savitsky对艇体阻力的修正,即考虑因喷溅而产生的摩擦阻力。由于滑行艇的重心纵向位置对阻力性能有很大影响,故通过构造罚函数法,把有约束问题化为无约束问题,利用MATLAB优化工具箱中的fm incon函数计算出最佳的重心纵向位置。最后,通过某滑行艇模型的水池拖曳试验验证了该优化方法的可行性,具有一定的工程参考价值。     

滑行艇阻力初步估算方法的比较分析

针对单体滑行艇的阻力预报问题,整理前人估算游艇阻力的方法并对滑行艇的阻力进行初步估算。为探究这些方法的准确性,选用一艘26尺的游艇作为算例,基于计算流体力学(CFD)理论,运用XFlow软件计算在湍流状态下该滑行艇所受到的阻力。对比各方法的计算结果,最终确定了估算滑行艇阻力比较准确的方法。研究结果表明,大隅三彦经验公式以及大隅三彦制动马力图谱法估算滑行艇阻力的结果是比较可靠的。对以后滑行艇阻力的初步估算具有借鉴和指导作用。     

超细长三体船阻力计算研究

主船体为超细长体,两侧配置两个小侧体而形成的三体船是一种很有潜力的新船型,近年来已引起了广泛的关注。本文对三体船的阻力原理进行了分析,以“相当平板”假设为基础计算摩擦阻力,采用“1＋k”的方法计算形状阻力;采用线性兴波阻力理论建立三体船的兴波阻力计算方法,提出了一套计算三体船阻力的完整方法。经与船模试验结果比较,采用本方法预报三体船的阻力,Cw的计算结果可以定性地反映侧体布置位置对三体船兴波阻力的影响,计算结果比较接近实际情况,具有一定的可靠性,可用于该船型的阻力预报。     

一种具有倾斜侧体的三体船阻力试验研究

作为一种高性能船型,三体船受到了研究人员的广泛关注。由于侧体位置对三体船剩余阻力会产生影响,为了研究倾斜侧体对三体船阻力性能的影响,设计了一种新型的倾斜侧体三体船,并在拖曳水池中开展了相应的船模阻力试验。试验中,针对这种新型的斜侧体三体船,采用船模拖曳的试验方法测量了不同装载情况侧体多个倾斜角度下的三体船裸船体阻力。而后,依据傅汝德假定对试验数据进行了计算,分析并讨论侧体倾斜角度对三体船剩余阻力的影响。试验结果表明,选择侧体合适的倾斜角度有利于降低三体船的航行阻力,为此类船型的设计尤其是快速性方面的研究和设计提供参考。     

三体船阻力模型试验

介绍了高速排水型三体船模型静水阻力试验。在Froude数0.3-0.8范围内进行了系列试验，研究侧体位置对阻力的影响，详细分析了三体船各船体之间的兴波干扰、剩余阻力曲线特征和阻力成分。通过阻力换算，对三体船、双体船和单体船的有效功率进行了比较，结果显示出三体船在阻力性能方面的巨大潜力。     

三体船侧体布局及型线优化设计研究

采用分层次优化,首先以总阻力最小为优化目标对某三体船侧体横向和纵向的相对位置进行了优化研究,得到阻力性能最优的三体船侧体布局方案;然后基于侧体最优布局,进行型线优化,最终完成三体船的侧体布局和型线的序列优化。结果表明,所采用的三体船侧体布局及型线优化方法具有可行性,可为三体船船型设计提供参考依据。     

侧体对称性对穿浪三体船阻力性能影响的试验研究（英文）

This paper presented the results of an experimental investigation into the resistance performance of a wave-piercing trimaran with three alternative side hull forms,including asymmetric inboard,asymmetric outboard,and symmetric at various stagger/separation positions.Model tests were carried out at the National Iranian Marine Laboratory(NIMALA) towing tank using a scale model of a trimaran at the Froude numbers from 0.225 to 0.60.Results showed that by moving the side hulls to the forward of the main hull transom,the total resistance coefficient of trimaran decreased.Findings,furthermore,demonstrated that the symmetry shape of the side hull had the best performance on total resistance among three side hull forms.Results of this study are useful for selecting the side hull configuration from the resistance viewpoint.     

Grid convergence study in the resistance calculation of a trimaran

As a new type of hull form, trimaran has remarkable excellent performances and has drawn more and more attention. When the viscous CFD technology now available is applied to the research of resistance performance of trimaran, the spatial discretization would usually result in the grid error and uncertainty, and thus the considerable discrepancy between the numerical results and the experimental data. In order to ascertain how much the grid would affect the calculation, the grid convergence should be studied. A mathematical trimaran was chosen as an example, with the commercial code CFX for the simulation, VOF for surface treatment, and the grid study was carried out based on two different turbulence models. It was concluded that carrying out grid study is helpful in estimating the grid error and uncertainty, and indicating the direction of improving the credibility of the numerical calculation, and, in addition to grid errors and uncertainties, the turbulence modeling errors and uncertainties contribute to the simulation errors.     

超细长三体船在不规则波中的运动及载荷响应研究

以1艘超细长三体船为例,分析求解其在不规则波的运动及载荷响应。根据计算,对响应结果进行分析。计算结果表明超细长三体船片体较小,对船舶总纵弯矩及垂向剪力分布的影响较小。但由于船舶重心后移,总纵弯矩及垂向剪力的最大响应也略后移;计算得出的横向弯矩分布规律表明,三体船在船宽方向也可假设成两端简支的单跨梁,据此为校核三体船片体及主体连接结构提供依据。航速不同,导致三体船浮态不同。通过计算分析,得出适合示例三体船的最佳设计航速,可以为三体船设计提供帮助。     

高速三体船阻力性能研究

对中体和侧体均为Wigley船型的高速三体船模在Fr=0.1～0.8时3个横向偏距、5个纵向偏距共15个状态进行了阻力试验,将高速三体船线性兴波阻力理论计算结果与模型试验结果进行了比较,并据模型试验结果分析了横向偏距和纵向偏距对兴波阻力系数的影响,其中各状态的形状因子(1 K)按普鲁哈斯卡法确定,对形状因子与偏距的关系也进行了探讨.     

高速三体船结构设计

针对三体船的船型特点,进行了全船范围的结构设计,确定了关键部位的布局形式和结构尺寸以及主体和片体的连接形式。采用计算法设计了三体船的典型剖面结构,并采用规范校核验证了结构的合理性,最终形成了一套比较完整的三体船设计方案和结构评估方法。     

三体船型PCC风荷载的实验性研究(英文)

In recent years, demands for car transportation by a ship have been increasing with favorable economic conditions in auto sector, and the need of a pure car carrier (PCC) has grown quickly. A PCC needs huge parking space but smaller displacement since a car is comparatively light for its volume. As a result, almost all PCCs have wide breadth, shallow draft and huge structure above the water surface. These features cause some technical issues of a PCC, like lack of stability, effect of strong winds on its resistance, difficulty of course keeping in rough seas, difficulty of berthing in strong winds, and so on. To overcome these technical issues, one of the authors has proposed a new concept for a PCC. This is a trimaran PCC which has very limited transverse bulkheads in the center hull by using two side hulls as fenders. In the present research, wind forces acting on a scale model of the trimaran PCC were measured in the towing tank with a wind generator at Osaka Prefecture University. Furthermore, in order to clarify the characteristics of wind pressure on the trimaran, height and width of tunnels which are between a main hull and side hulls were changed. And then, in order to imitate a real ship, we used wind reduction technology of corner-cut design for accommodation house of the ship. Moreover, the wind pressure acting on the trimaran was compared with that on a mono-hull PCC. Using these experimental and theoretical results, an estimation method of wind pressure acting on the trimaran PCC is deduced.