水下航行体自由面兴波时域分析

求解格林公式,在边界面上分布源汇,用数值解法在时域中模拟潜体近水面运动的三维兴波现象,通过试算确定了模型参数,并进一步讨论了潜体运动速度及其浸深对波形的影响,数值试验证实了用该方法来建立三维数值波浪水池的可行性和可靠性。     

近水面潜体兴波阻力的数值预报和收敛性分析

基于Nobleses新细长船兴波阻力理论,以匀速直航的定深椭球体为对象,运用新的数值计算方法,考察了物面分块数目、单元节点数目、波向角积分范围和特殊函数的项数对0阶和1阶兴波阻力数值计算结果的影响,并将计算结果与有关权威资料综合互校,证实这种算法对近水面潜体兴波阻力预报是可行的.     

直接边界元法时域全非线性兴波计算

文章在时域中采用直接边界元的方法计算模拟了以稳定航速运动的近水面潜体全非线性兴波现象.从格林定理出发,在边界面上布置Rankine源和偶极子,采用时间步进的方法计算模拟潜体近自由面运动的兴波现象.每个时步自由面上的势和节点位置采用全非线性拉格朗日自由面边界条件求解,重新生成自由面网格准备下一个时步计算的初始条件.文中给出了数值计算的结果并与试验和线性计算的结果相比,证实了该方法是可靠的,并可以利用该方法建立数值波浪水池.     

穿浪双体船片体间距优化

实现了一种基于面元法的穿浪船兴波阻力和兴波波形的势流计算方法,数值计算了不同片体间距的穿浪双体船的兴波阻力与兴波波形.剩余阻力的计算与实船的剩余阻力曲线趋势较符合,片体间距的数值优化结果与模型试验吻合,其计算结果对实船船型参数的选择和优化设计有一定的指导意义.     

曲线运动潜体近水面兴波时域研究

本文利用快速多极子面元法的高效性与精确性,对近水面潜体在水平面曲线运动过程中的时域兴波势流问题展开研究。首先确定了自由面网格密度及时域更新方法以保证数值模拟的准确性,探索了椭球潜体在水下做直线运动与曲线运动时阻力系数与升力系数变化的区别,明确了曲线运动过程中各项系数的变化规律,并针对不同的偏航角度的兴波特性进行比较,研究偏航角度大小对于潜体兴波阻力、升力以及表面兴波波形的影响。研究结果表明,当偏航角较大时,表面兴波对曲线运动潜体所受阻力和升力影响均非常显著;随着偏航角度的变大,各波系间的相互作用更加明显,表面波形更为复杂,导致了兴波阻力激增,阻力及升力曲线均出现大幅波动且不对称性。     

曲线运动潜体近水面兴波时域研究

本文利用快速多极子面元法的高效性与精确性,对近水面潜体在水平面曲线运动过程中的时域兴波势流问题展开研究。首先确定了自由面网格密度及时域更新方法以保证数值模拟的准确性,探索了椭球潜体在水下做直线运动与曲线运动时阻力系数与升力系数变化的区别,明确了曲线运动过程中各项系数的变化规律,并针对不同的偏航角度的兴波特性进行比较,研究偏航角度大小对于潜体兴波阻力、升力以及表面兴波波形的影响。研究结果表明,当偏航角较大时,表面兴波对曲线运动潜体所受阻力和升力影响均非常显著;随着偏航角度的变大,各波系间的相互作用更加明显,表面波形更为复杂,导致了兴波阻力激增,阻力及升力曲线均出现大幅波动且不对称性。     

正交设计法与回归分析相结合对高速三体船侧体参数优化

基于高速三体船线性兴波阻力离散点源型数值计算方法,用正交设计法初步优选侧体主尺度参数和布局参数,进一步将模长限制的多元正交回归计算方法与正交设计法结合,得到了单位排水量总阻力关于侧体布局和主尺度参数的回归公式,据此探讨了高速三体船侧体布局和主尺度参数优化问题.     

基于兴波干扰的三体船构型数字化优化方法

研究了基于主体、侧体间兴波干扰的三体船构型数字化优化方法。根据均匀设计原理建立了不同侧体布局的三体船模型，运用基于细长体理论的数值方法计算了各方案的兴波阻力系数。通过计算兴波干扰值，分析了三体船构型与兴波干扰的关系。最后，根据兴波干扰得出优选方案。     

参数化船型的阻力计算

以KCS船型为研究对象,用FRIENDSHIP软件创建CFD数值计算所需的几何模型；将船舶阻力分为兴波阻力和粘性阻力两部分计算,兴波阻力通过基于势流理论方法求解Euler方程得到,粘性阻力根据对RANS方程的求解来获取；将计算结果与实验数据进行对比分析.结果表明该参数化模型适用于CFD数值模拟.     

双体船/三体船兴波阻力数值预报方法研究

采用改进的Dawson方法,自行开发了可用于双体船、三体船兴波阻力的数值预报程序,并且考虑了高速三体船方尾的处理.利用本文的数值预报方法分别计算了一条小水线面双体船和一条三体船,验证了本文的数值预报方法在一定范围内能较合理地预报双体船、三体船的兴波阻力.此外,还讨论了该方法在三体船片体位置优化中的应用,通过和试验值对比验证了该方法可用于三体船片体布局优化.     

考虑定常兴波影响的辐射问题去奇Rankine源方法数值计算

随着中高速船舶在海洋资源开发中的广泛应用,航速对船舶在波浪中摇荡运动的影响受到重视。本文基于势流理论,采用非均匀有理B样条(NURBS)表达物面,应用去奇Rankine源方法求解流场速度势;推导了兴波问题的二阶近似非线性自由面边界条件,以及考虑二阶近似非线性兴波影响的辐射速度势的线性自由面和物面边界条件。本文编程首先数值计算了Wigley船型的近似非线性兴波问题,将计算的线性和非线性兴波阻力系数与文献结果做了比较;然后数值计算了计及线性定常兴波影响的下潜圆球有航速辐射问题,将计算的附加质量和阻尼系数与文献结果比较。本文计算结果与文献结果吻合程度较好,验证了本文数值计算方法的有效性。文中还给出了兴波波形和辐射波形。     

波浪入射角度对立柱周围波面扰动特性的影响研究

基于N-S方程和连续性方程建立了三维数值波浪水池,并在该水池内对固定直立柱在不同浪向下的波浪爬升和绕射问题进行了数值模拟。为了验证数值计算的准确性,对立柱近壁面处的波浪爬升效应展开了模型试验研究,计算值与试验值吻合较好,证明了该方法的可行性。研究了入射角度的变化对立柱周围波浪爬升幅度和非线性特征的影响,同时从垂直浪向的投影面积和相对浪向的投影面形状这两个因素出发,探讨了不同浪向角下立柱周围的波浪叠加、波面放大率以及二次波峰效应,并对自由面漩涡生成特性进行了较为深入的机理性研究,可为今后进一步研究不同的入射角度下,复杂的海洋结构物周围的波浪非线性效应提供有价值的参考。     

斜坡型潜导堤波浪力特性的数值研究

为研究各水位期不同波高作用条件下,斜坡型潜堤所受波浪力的特性,基于某潜导堤工程设计与物理模型资料,采用FLUENT软件建立二维波浪数值水槽,用物理模型试验数据验证模型的可靠性,对不同淹没水深和波高下斜坡型潜导堤所受波浪力进行数值计算,分析波浪力与相对波高、相对淹没水深之间的关系,结合其他形式潜堤波浪力的经验计算公式拟合得出该斜坡型潜导堤堤顶面最大波浪力计算公式。结果表明:波浪力大小受相对波高、相对淹没水深的影响较为显著,其影响机理与波浪场流体运动特征相关;相对于波高的变化,波浪力对淹没水深的变化更为敏感,且波浪力在不同的淹没水深区间和不同的作用位置均呈现出不同的变化规律。     

基于摇板式造波机的无反射造波仿真

在海洋工程水池试验中,造波机与模型之间的二次波浪反射严重影响试验结果的准确性和可靠性。在势流理论的基础上,采用边界元法建立了二维线性数值波浪水池。通过数值模拟结果与解析解的比较,证实该数值波浪水池的适用性。采用全相位频谱分析方法作为水动力反馈,对入射和反射波进行分离,以分离的反射波信号控制摇板运动以达到吸收二次反射波浪的目的。在此基础上,对摇板式造波机在数值波浪水池中进行了无反射造波仿真试验。仿真结果表明,采用无反射造波后,能有效减弱波浪的二次反射。     

桁架式Spar平台在波浪中的运动预报与实验测量

基于细长体水动力公式和刚体全非线性运动方程,以及桁架式Spar平台主体与其锚泊系统相互耦合的力和位移边界条件,建立了桁架式Spar平台在波浪中的运动响应预报模型,对其在波浪中的运动和锚泊力进行了预报。通过运动光学测量系统和拉力传感器在哈尔滨工程大学水池对Spar平台模型在波浪中的运动和锚泊力进行了测量。数值预报结果和实验测量进行了比较,结果表明二者符合得很好。     

两层流中潜体运动与诱发内波特征关系研究

在两层流体中潜体运动会激发生成内波。文章通过编程控制潜体运动,使用动态分层法保证潜体运动时边界层不受影响,基于RANS方程多相流模型,采用求解相的体积分数方式捕捉内界面波形。潜体定常运动计算结果与实验结果相符,通过此方法,对比不同潜深下潜体诱发内波波高和波长随密度Froude数的变化特征,得到了诱发内波波高最大处的临界密度Froude数,重点研究了在临界密度Froude数处潜体加速运动和减速运动对诱发内波幅值及其波动过程的影响。     

防波堤堤后次生波的试验研究

在小比尺的大范围整体物理模型试验及数值模拟中,由于模型本身存在底摩阻、比尺效应及计算软件等影响因素,测量所得堤后次生波波高精度较低。因此通过采用大比尺波浪断面物理模型试验,选取不同入射波要素和堤顶淹没水深,研究次生波的基本特性,得到入射波高与次生波的关系;同时利用局部整体模型,分析得出波浪对防波堤不同角度入射时,角度与堤后次生波的关系。试验结果可为大范围整体物理模型试验提供校验依据,也可为数值模拟防波堤堤顶越浪,进行参数调整提供必要的依据。     

分段式尾压浪板对高速船阻力性能的影响

基于CFD技术,以排水型高速船Model 5b为模型,寻求改善高速船阻力性能的尾压浪板新形式。首先尾压浪板新形式的确定在静水条件下进行,然后在波浪条件下验证该压浪板的阻力性能。基于CFD软件建立三维数值波浪水池,静水条件下采用切割体网格技术预报船模的阻力性能。波浪条件下数值水池入口采用直接造波方法,尾部采用人工阻尼消波方法,自由面采用VOF方法处理,采用重叠网格技术预报船模的阻力性能以及运动响应。确定一种比常规压浪板阻力性能优良的分段式压浪板,为船舶节能附体的研究提供参考。