DTMB 5415船绕流场数值研究

本文以DTMB 5415船为研究对象,应用基于URANS方法的CFD方法进行DTMB 5415船设计状态下船舶绕流场研究,其中湍流模型应用SST模型,自由液面捕捉应用VOF方法;应用CFD方法对船舶阻力性能、自由表面兴波、船舶螺旋桨盘面处的标称伴流场以及尾部轴向速度场等进行数值模拟与分析;将设计状态下DTMB 5415船绕流场数值模拟值与实验值对比,其船舶阻力、自由表面兴波、螺旋桨盘面标称伴流场等的良好吻合证明了网格与数值方法的正确性。本文还对船舶尾部不同截面绕流场边界层厚度以及整船边界层分布进行了研究且与实验值进行了对比。     

肥大型船整流附体的性能研究

肥大型船从船舯到船艉,船体的横剖面形状及其面积变化剧烈,从而导致在桨盘面处产生"钩"状或"兔耳"状的舭涡,通过加装整流附体的方式来改善桨盘面处的伴流分布,对于螺旋桨的减震降噪、螺旋桨推进效率的提高是一种有效的措施。基于CFD技术,在准确预报了某肥大型船伴流场的基础上,参考流经桨盘面的三维流线绕船体分布的特点,分别设计了螺旋桨前置导管、补偿导管和整流鳍,预报并分析了各附体对船体尾流场的影响,分析了整流附体的工作机理,比较了工作于各附体伴流场中螺旋桨的效率。计算结果显示,加装整流附体后,桨盘面处的舭涡消失了,并且三种附体对螺旋桨的效率都有显著的提升。     

艇模水下伴流测量方法试验

对某艇模进行水下快速性试验,分析得到其自航状态下的实效伴流分数,采用三维伴流测试系统对其艉流场进行伴流测量,得到其标称伴流及三向伴流分布。结果表明,艇模桨盘面处伴流以轴向伴流为主,内半径在艉舵之间产生了范围较大的轴向高伴流区,而外半径在舵后产生了范围较小的小伴流峰,且由于螺旋桨的抽吸作用,导致桨盘面处流速增大,因而实效伴流小于标称伴流。     

不同装载状态下约束模试验的船舶操纵性研究

通过敏感性分析方法确定了使船舶操纵运动敏感的干扰系数.文中采用模型试验方法测量了船舶在满载、半载和压载等6种装载状态下船舶的干扰系数值,并分析了吃水和纵倾对干扰系数的影响.之后,作者利用测量的干扰系数,以MMG数学模型模拟计算了船舶在6个装载状态的操纵性能,结果表明吃水和纵倾变化对操纵性的影响较大,不同装载状态船舶的操纵性能的研究将为船舶安全航行提供重要依据.     

超大型液化石油气船线型优化设计与试验

为开发具有国际竞争力的超大型液化石油气船(VLGC)船型,并为我国船厂获得VLGC的订单提供技术支持,基于CFD数值分析对VLGC进行设计吃水状态的线型优化研究.优化的线型波形平缓,船体表面压力分布均匀,艉部桨盘面伴流分布均匀,模型试验结果与CFD计算结果吻合良好.模型试验结果表明,最终优化设计的线型阻力低,能效高,船舶航速指标先进.对开发的新船型进一步开展不同纵倾压载状态的比较试验研究,结果表明,合理地调整压载纵倾值能有效改善压载状态的阻力性能,降低能耗.     

双臂轴支架的剖面形状和安装角度对船舶伴流场的影响

水面船舶的艉部附体不但影响船舶阻力,而且对螺旋桨盘面处的伴流场也会产生较大影响。以某大型四桨两舵水面船舶为研究对象,不考虑自由液面的影响,采用RANS方法对船体带附体的三维粘性流场进行数值模拟,重点分析双臂轴支架的剖面形状和安装角度的变化对船舶粘性阻力和标称伴流场的影响。经研究发现,依据轴支架前方流场速度矢量的方向来确定双臂轴支架的安装角度是工程上比较实用的做法。     

游弋式养殖工船阻力与流场特性数值模拟

考虑到游弋式养殖工船在不同养殖海域转场养殖以及紧急规避恶劣海况过程中,其快速性优劣对养殖安全及人员安全有重要影响,以某游弋式养殖工船为研究对象,针对其总体设计要求确定初步型线方案,基于初始船型采用RANS方法开展阻力性能数值模拟,并通过模型试验对比验证数值方法的精度。分析增设海水箱后的全附体模型各阻力成分变化及整体流场分布,结果表明,作为典型低速肥大型船舶,当前速度范围内游弋式养殖工船摩擦阻力占比较大,随着航速增加剩余阻力系数呈现先下降后上升的趋势;全附体模型各海水箱分布有漩涡,后壁动压出现局部上升,均会导致粘压阻力增大。游弋式养殖工船艏艉舭部存在舭涡,桨盘面处伴流分数偏低但均匀性较差。     

肥大型船满,压载状态下尾部伴流场的分析与探讨

对４ 艘肥大型船舶在满、压载状态下尾部伴流场测试结果进行分析、比较,探讨肥大型船在不同状态下尾部伴流场的特征及其对尾部振动的影响,介绍对这４ 艘船尾部加装节能装置前置导管后在满、压载时伴流场的测试与分析结果,着重提出前置导管对满、压载状态下尾部伴流场的影响     

水下航行体降噪艉翼填角的数值模拟与试验研究

为降低水下航行体噪声,研究了艉翼填角的降噪效果。分析了水下航行体艉翼接合部马蹄涡影响螺旋桨伴流场的特征,认为马蹄涡对水下航行体噪声产生了不利影响。针对某无人水下航行体(UUV)设计了一种艉翼填角,运用CFD方法对该艉翼填角优化螺旋桨伴流场的效果进行了数值模拟,结果显示伴流场轴向速度的周向不均匀度系数下降35%-62%。将艉翼填角应用于该UUV,开展航行辐射噪声测量试验,结果显示艉翼填角使UUV航行噪声总声源级降低3.4 d B,尤其对低频噪声抑制较好。     

某油船漩涡发生器的伴流场和激振力数值分析

某型苏伊士油船尾部流动分离明显,舭涡较强,桨盘面伴流均匀性较差.通过对该船尾部流场进行数值分析,开发、设计了漩涡发生器装置,以改善桨盘面伴流均匀性,降低船体尾部振动.对安装该装置前后的该油船的伴流、激振力性能进行对比计算,分析该装置的流场适配性,并进一步对船体尾部激振力数据进行傅立叶分析,验证该装置的减振效果.     

毂帽鳍的节能机理分析

应用计算流体力学方法（CFD）,结合 RNG湍流模型和动参考系计算模型（MRF）,对普通桨和桨+毂帽鳍的敞水水动力性能进行计算,通过对毂帽鳍及螺旋桨叶片的受力情况进行研究,结合普通桨和桨+毂帽鳍2种情况的桨后尾流场分析,结果表明,桨后毂帽鳍上产生的推力和扭矩有限,桨+毂帽鳍的节能机理主要是利用毂帽鳍削弱了毂涡,改善了桨后流场周向速度,提高了前桨的推力,从而提高了效率。     

毂帽鳍的节能机理分析

应用计算流体力学方法(CFD),结合RNG湍流模型和动参考系计算模型(MRF),对普通桨和桨+毂帽鳍的敞水水动力性能进行计算,通过对毂帽鳍及螺旋桨叶片的受力情况进行研究,结合普通桨和桨+毂帽鳍2种情况的桨后尾流场分析,结果表明,桨后毂帽鳍上产生的推力和扭矩有限,桨+毂帽鳍的节能机理主要是利用毂帽鳍削弱了毂涡,改善了桨后流场周向速度,提高了前桨的推力,从而提高了效率。     

伴流分布对螺旋桨毂帽鳍节能效果的影响

基于CFD模拟与分析,考察船尾伴流分布对螺旋桨毂帽鳍节能效果的影响,并对敞水条件下设计的毂帽鳍进行适伴流优化。采用Star CCM~+软件,分别在均匀来流以及KCS船尾伴流中进行螺旋桨毂帽鳍水动力性能的RANS模拟,比较毂帽鳍在不同来流场中的节能效果,并对节能机理进行了分析。针对KCS船实尺度伴流场,通过鳍片螺距角的改变,优化节能效果。计算结果表明:毂帽鳍在非均匀伴流中的节能效果显著高于在敞水中,敞水中的毂帽鳍的最优设计方案不一定适用于非均匀伴流,适当改变毂帽鳍的几何参数可进一步提高其在船尾伴流中的节能效果。     

基于SDM方法的船艉伴流场尺度效应研究与修正

以KCS为研究对象,利用CFD计算软件STAR-CCM+,计算不同尺度下KCS船伴流场的分布情况,分析尺度效应对船舶伴流场的影响。为修正由尺度效应引起的模型尺度与实尺度船模船艉标称伴流场的误差,借鉴智能假体模型(SDM)的概念,并通过软件Friendship中的Framework模块对原模型的艉部进行修改,讨论不同收缩程度的艉部变形对修正伴流场尺度效应的作用。结果表明:SDM方法对修正伴流场尺度效应的作用效果明显,且通过模型尺寸的收缩变形基本可以达到目标伴流场的伴流分布形式。     

水下航行体两种降噪艉附体形式的应用研究

为降低水下航行体的螺旋桨噪声,研究两种降噪艉附体形式的降噪效果。首先分析水下航行体马蹄涡的形成原因,认为马蹄涡对桨盘面处伴流产生了不利影响。研究增加艉翼过渡和安装消涡整流片两种控制马蹄涡的方法,分析其削弱马蹄涡强度的原理。将这两种方法应用于某无人水下航行体(UUV),开展实际航行状态下的噪声测量试验。结果显示:设置艉翼过渡使UUV航行噪声总声源级降低了2.4～4.4 dB,设置消涡整流片使噪声降低了0.1～1.4 dB。     

62000 DWT多用途船的船型优化

在母型船的基础上对一艘62 000 DWT多用途船进行船型优化,以使其在设计吃水和结构吃水状态下获得更加优良的性能。分析母型船的船身压力和兴波,对压力梯度变化较大的区域变化船体局部几何形状;对艏部的进流角度和艉部的去流段长度进行优化,以降低兴波阻力和减小船艉的流动分离。使用Star ccm+对最终的优化线型进行计算,并与母型船的结果对比,结果表明,优化船型与母型船相比,在设计吃水和结构吃水的阻力下降明显,船身表面压力梯度分布和螺旋桨盘面处的伴流分布更为均匀,达到了优化目的。结构吃水状态下的模型试验表明,阻力数值计算结果准确。线型优化使得船型具有更优良的性能,达到能效指数的要求,满足节能减排的目标。     

某集装箱船伴流场的CFD计算策略分析

以某集装箱船为研究对象,从网格划分、湍流模型、VOF方程的时间离散格式及自由面是否计及等4方面对其进行了艉部轴向伴流场的数值计算策略分析,计算得到不同因素影响下的轴向伴流的周向分布图、等值线图以及桨盘面处的平均伴流分数,并将各计算结果与伴流试验结果进行比对。对于该船型,在计算艉部伴流场时,宜采用SSTk-ω模型,在考虑黏性自由面条件下选用显式VOF法,并适当增加船艉至桨盘面区域的网格数量。     

基于AIS数据的散货船压载吃水取值研究

考虑到散货船压载吃水在压载工况下的系泊船舶作用力计算、桥梁净空高度设计等工作中是十分重要的参数,但在港口工程中尚无完善的计算方法,现行规范和相关标准的船型资料中亦未提及.通过对大量散货船船载AIS数据中压载吃水值的统计分析,得到不同吨级散货船不同累计频率下的压载吃水值.将得到的统计结果与国内外几种散货船压载吃水计算方法得到的计算结果进行比对分析,为船舶压载吃水的取值和规范修订提供参考.     

基于大涡模拟的螺旋桨毂帽鳍系统精细流场数值研究

对引起螺旋桨毂帽鳍系统推进性能变化的细节及流动本质问题的研究，有助于对毂帽鳍的节能机理产生新的认识，并为改进该系统的推进性能提供新的思路。通过模型试验和大涡模拟方法对螺旋桨毂帽鳍系统进行了力的测量及精细流场的分析，从能量的角度，分析了毂帽鳍节能机理。数值模拟显示，在毂帽鳍的作用下，在紧邻桨毂后方区域的流速比无毂帽鳍时小且低速区域更广，桨毂后方流体轴向和横向动能均有所减小。由此可知，毂帽鳍通过回收一部分螺旋桨释放在尾流中的动能实现节能；在桨毂后安装一种圆锥形导流帽可避免流动分离，能进一步提高推进系统的整体效率。     

剖面形状对毂帽鳍节能效果的影响及其尺度效应研究（英文）

运用商业计算软件STARCCM+,基于RANS模拟与分析对敞水中的螺旋桨及其毂帽鳍进行了数值研究。首先通过逐步变化包含各区域的网格数,对桨叶及毂帽鳍区域进行了网格无关性验证,并选取了合适的计算网格;然后对具有不同剖面形状的毂帽鳍进行了模型尺度水动力性能计算及流场分析,鳍的剖面形状基于"NACA M7"S形翼型修改而来;最后对典型的毂帽鳍进行了实尺度RANS计算,并分析了其节能效果的尺度效应。结果表明:与平板型毂帽鳍相比,无论是厚度分布形式还是拱度分布形式,剖面形状的优化均能够提高毂帽鳍的节能效果;由于流场改变以及毂帽鳍叶片来流攻角的增大,实尺度下毂帽鳍节能效果得到进一步提高,而由于流动状态不同,不同剖面的毂帽鳍尺度效应不同。建议在可能的情况下,应在实尺度条件下开展毂帽鳍的设计工作。