基于Fluent的船体界面阻力分析

基于Fluent对船体界面阻力进行仿真分析,采用VOF的方法模拟船体在空气和水两相中的运动情况,获得不同航速下船体摩擦阻力和压差阻力的关系。考虑方型系数对于船体阻力的影响,建立多个方型系数不同的模型来实现Fluent仿真模拟,获得一定傅汝德数下船体方形系数与船体阻力的关系,得到船舶阻力相对优化的船型。该方法通过更加精确的建模可为船体型线减阻提供更多的依据。     

船体形状因子的数值分析

进行低速下的船舶缩尺模型的阻力试验,将总阻力视为黏性阻力,获得船体形状因子(1+k),用于实船总阻力的预报,考虑到在低速下仍会存在兴波阻力的影响,采用商业CFD软件以叠模的数值模拟方法分别对某KCS、散货船、高速单体船船模进行船体形状因子的计算,并将数值模拟结果与模型试验获得的船体形状因子进行对比,结果表明,采用数值模拟的方法获得船体形状因子是可靠。     

喷水推进装置降低船体阻力机理的仿真分析

通过对安装喷水推进装置的船体进行仿真分析,研究喷水推进装置降低船体阻力的机理。采用水动力仿真技术,对装有喷水推进装置WDJ120的12.9m铝制快速艇进行数值模拟,分析船体与喷水推进装置间的相互作用。仿真结果表明,喷水推进装置可降低船体的阻力,随着航速增加,阻力降低的效果更显著。船体阻力降低的机理主要在于喷水推进装置对船体产生垂向力,减小船体航行时的纵倾角,使船体阻力中兴波阻力分量的降低大于摩擦阻力分量的增大,从而导致船体总阻力的下降。     

从设计师观点看船舶性能中的尺度和粗糙度效应

在没有产生势流分离时要确定船体尺度效应，通常对阻力和升力采用两种不同的计算方法。根据不同的雷诺数，可以基于模拟阻力中的粘性部分预报实船阻力。通常，同样傅汝德数的模型升力系数可作为实船的升力系数。文中提出的方法是以这样的概念为基础的，即升力产生是与边界层粘性影响有关。根据这个方法，在给定的傅汝德数和雷诺数的情况下，应用有粘性／非粘性关系的势流、边界层和尾流计算可确定尺度效应。由于采用了特殊的速度分布     

船体阻力数值预报研究及黏性流场计算

采用SIMPLE算法求解不可压缩RANS方程,对KCS船体阻力计算精度进行研究。采用VOF方法捕捉自由液面,采用切割体网格技术划分整个流域。以自由模为例,首先分析边界层划分方式、湍流系数的确定对阻力的影响,为阻力的精确预报提供基础。其次,在合适的网格方式上,提出采用序列二次规划(NLPQL)法建立基于湍流系数的优化系统,以寻找到最适合船体阻力计算的湍流系数。然后,在最合适的网格及计算方法下计算不同航速下KCS船受到的总阻力、船体表面及周围流场分布,讨论约束模和自由模在阻力预报、流场捕捉上的差异,并分别将阻力计算结果与模型试验进行对比,从而验证本文算法的可靠性。本文研究内容能够为船体阻力的精确预报提供一定参考。     

极地船连续破冰阻力数值模拟研究

连续破冰是自破冰型极地船舶中最常用的破冰模式,连续破冰阻力精确计算是极地船舶航行性能预报和船型优化设计的基础。论文提出一种基于预设冰网格技术的连续破冰阻力数值模拟方法,预先对船体水线附近的线型进行分层离散及对冰场进行方形网格离散,通过几何计算和受力分析数值模拟连续破冰进程及产生的破冰阻力分量。进一步考虑连续破冰阻力与运动耦合效应,在时域内建立船体6自由度运动微分方程,数值求解获得连续破冰阻力时间历程结果。利用该数值模拟方法计算获得了一艘PC3级极地油船连续破冰阻力时间历程结果,并将冰阻力有义值与对应的模型试验结果进行了对比。研究表明,数值模拟获得的连续破冰阻力时历结果能够反映连续破冰进程,数值模拟获得的冰阻力有义值与模型试验结果的误差在12%以内。论文的数值模拟方法能够高效、精确地模拟连续破冰进程及冰阻力,具有一定的工程应用价值。     

计及渔具影响的拖网渔船阻力性能预报研究

本文对某拖网渔船在考虑渔具作用下的船体阻力进行研究,以不同纵倾角设定渔具影响的五种工况,对船体阻力进行性能预报,对其阻力成分进行了比较分析,得出不同阻力在不同工况时的变化情况。同时结合船模水池阻力实验,通过对数值模拟和实验结果分析得出,渔具对拖网渔船阻力的影响规律,从而预报船体阻力性能。     

基于STAR＿CCM+对5415船模的阻力研究

基于STAR_CCM+软件对5415船模的运动进行数值仿真,获得船模在静水中航行时阻力随航速的变化规律,把所得仿真数值结果与现有的试验值进行对比,并给出船体周围流场信息,验证STAR_CCM+对该船型在静水中数值模拟以及阻力性能预报的有效性。     

计及渔具影响的拖网渔船阻力性能预报

考虑渔具的作用,对拖网渔船的船体阻力进行研究,以不同纵倾角设定渔具影响的5种工况,对船体阻力进行性能预报,并对其阻力成分进行比较分析,得出不同阻力在不同工况下的变化情况。同时结合船模水池阻力试验,对数值模拟和试验结果进行分析,发现渔具对拖网渔船阻力的影响规律,从而预报船体阻力性能。     

操纵运动船体水动力计算

提出一个适用于船舶初步设计阶段计算船舶操纵运动水动力的方法,给出了与船体表面局部线型相关的非线性力的估算方法。通过对方型系数Ｃｂ值为０．５７￣０．８３５艘船模的具体计算,结果表明与其相应的约束模试验结果吻合良好,本文方法可用于操纵运动数值模拟,也能作为港内低速大漂角航行船舶的运动模拟。     

浅析排水式高速艇的阻力性能

排水式高速艇的阻力构成和变化规律与排水式船舶、滑行艇不同。文章基于模型试验和试验图谱分析了排水式高速艇的阻力特征,并研究了排水体积长度系数、棱形系数、方形系数等船型特征对该型船阻力性能的影响,从而为该类船舶的快速性设计提供一定的参考。     

双桨船采用三因次换算法研究

以一条小方形系数常规双桨船、一条大方形系数常规双桨船和一条大方形系数双尾鳍船的试验计算为例,对双桨船采用三因次换算法进行了研究.研究表明:对常规双桨船,三因次换算法的形状因子k应采用裸船体阻力试验计算值;对双尾鳍船,三因次换算法得出的有效功率偏低,一般不宜采用.     

绿色35,000吨散货船船体线型优化及设计研究

本文针对新一代绿色环保船型研发的需求,在已有性能较为优良的35000吨散货船的基础上,对船体线型作进一步的优化设计。利用势流计算原理及粘性流计算原理分别对船体周围流场特性进行计算分析,结合在船体线型设计方面的经验对原船线型作进一步的改型优化,并通过水池模型快速性试验验证获得了更为优良的船舶线型。经对线型改型优化,既降低了阻力又提高了推进效率,总的节能效果可达9%。说明线型改型优化已取得了较为明显的效果。此外,采用粘性流计算原理进行数值计算应较势流计算原理更为全面合理。特别对原来快速性能已较优良,方形系数CB较大的船型来说,采用粘性流的计算分析法能获得更为合理的结果。     

改进Sobol’方法在船型优化模型中的应用

针对船型优化中采用更多的优化变量有可能带来"维度灾难"的问题,通过灵敏度分析确定不重要的变量并降维来缓解该问题。介绍以往提出的改进Sobol’方法,利用该方法对某集装箱船兴波阻力优化模型进行灵敏度分析并降维。为减少分析的计算量,对该船型优化模型构建Kriging模型。对优化模型降维前后的优化过程、最优解及其波形和型线进行对比。结果表明:降维后优化模型收敛更快,最优解兴波阻力系数仅增大0.15%,采用改进Sobol’方法进行降维,能在保证最优解质量的同时,提高优化效率。     

不对称船型斜向航行阻力性能仿真与试验研究

能够以一定偏角(船舶纵轴线与航行轨迹切线间的夹角)斜向航行的非对称船型,是国外近年提出的一种新船型,在多种海洋工程作业中有着得天独厚的优势,具有广阔的应用前景。本文通过数值模拟和船模实验方法对一型非对称船型的不同航向的阻力性能进行了研究,计算了其不同斜向航行偏角下的阻力,以获得阻力系数随斜向航行偏角变化的关系,并依据计算结果得到斜向航行角度大于30°时,船体迎流段对黏压阻力的影响将超过去流段的结论,为今后该类船舶的设计提供参考。     

船体艏部水动力性能优化

提出一种以势流兴波阻力理论Rankine源方法为基础,结合SHIPFLOW软件为计算工具,利用CAD-CFD集成平台FRIENDSHIP-Framework软件进行变形优化,研究船舶的最小兴波阻力型线优化设计的方法,并考察了兴波优化得到的船型总阻力变化情况。在型线优化过程中,以兴波阻力系数为目标函数,排水量变化范围为约束条件,在Wigley船体前端增加一个利用Feature建模技术参数化生成的球艏并调整艏部型线使得船体表面光顺。选取球鼻艏形状的各项参数作为基本设计变量,利用DOE方法对船艏进行优化,获得了设计航速下兴波阻力较小的船型,验证了所提方法进行船艏型线优化的有效性。相应的考察变形及优化前后总阻力变化情况表明:在高傅汝德数情况下增加球艏所带来的粘性阻力的增加小于兴波阻力的减小量,总阻力得到了改善,优化后得到的球艏能在进一步减小兴波的同时减小总阻力。此外,还运用所提方法对3100TEU船型的船艏,利用Delta Shift方法进行变形,在设计航速下,将变形的参数作为设计变量,利用DOE方法进行优化设计。结果显示:在排水量限制范围内当球鼻艏向上向前伸展一定长度时可以降低兴波阻力。与此同时,由于优化前后船体湿表面积变化很小,粘性阻力的变化并不明显,兴波的减小则使得总阻力得到了改善。     

SBD技术在"探索一号"科考船线型设计中的应用

文章介绍了"探索一号"科考船船体改型设计及基于数值仿真方法(Simulation Based Design,SBD)的艏部线型优化设计。首先,依据总体设计要求,对原船艏部进行了加长并开展了线型设计,采用基于RANS的数值评估方法对改型前后船舶阻力进行计算分析。在此基础上,采用SBD技术开展了艏部线型优化设计,以设计航速时的总阻力作为目标函数,FFD方法实现船体几何自动重构,利用粒子群优化算法对线型优化设计问题进行求解,设计结果表明:在满足工程约束条件下,最优方案总阻力收益十分显著,航速12kns时模型总阻力减小了7.7%,剩余阻力系数减小了26.6%。     

非线性兴波数值方法在高速三体船侧体布局方案比较中的应用

为使三体船侧体布局方案阻力性能比较更加可靠,对单体船非线性自由面边界条件的兴波阻力预报程序进行改进,成功开发了考虑升沉和纵倾影响的三体船非线性兴波阻力预报程序,对15种侧体布局方案的Wigley三体船兴波阻力进行计算,并将其与线性薄船理论计算结果、线性自由面条件的Dawson型方法计算结果、模型试验结果进行比较,表明非线性兴波阻力数值方法能够更好地反映三体船兴波阻力特性,用于三体船侧体布局优化设计时较其他2种数值方法更加可靠.     

对称、非对称不同船体构型下高速非交错五体船模阻力特性（英文）

Pentamaran, a vessel with five hulls, can be an alternative for high-speed vessels due to its advantages, for instance, its excellent stability and seakeeping performance and broader deck space than an equivalent monohull with the same displacement. The destructive interference between the system of waves produced by the vessel's hulls might benefit the reduction of power consumption. This study investigated a Wigley hull form pentamaran model with five asymmetric and symmetric hull configurations and three variations of hull separation. The ship model was towed in conditions of fixed towing and calm water with Froude numbers(Fr) ranging from 0.55 to 1.00. A resistance analysis had been carried out to ensure proper comparison between the asymmetric and symmetric hull configurations. Results showed that total resistance coefficient of the asymmetries created different properties from the symmetries, that is, symmetries produced steadier trends than asymmetries. The hull separation variation caused a slight alteration in the total resistant coefficient(in magnitude) under the same configuration. Although not a single configuration outperformed the others in the entire range of Fr, three configurations were noteworthy as optimum models based on their Fr range. Moreover, a configuration of asymmetric hull with S/L = 0.22 could generate a constant destructive interference throughout the investigated Fr range.