海浪流场作用下的邮轮实船运动仿真

邮轮推进器的选择对于船舶营运影响重大,为了获得适应真实海况的邮轮,有必要研究风浪流对船舶航行的影响。本文针对大型邮轮在真实海况下顶浪航行的运动响应和阻力变化等问题,基于CFD方法建立了数值波浪水池,对实船尺度下的网格划分依据收敛性进行调整,以JONSWAP海浪谱为基础模拟了不规则波浪的生成与传播,并通过对实尺度船舶在多种海况下顶浪航行的数值模拟得到实尺度船舶在海浪中航行时的阻力值变动及运动响应情况,通过对比分析研究了不同海况对船舶顶浪航行的影响。对实船在真实海况下的仿真与预测为实际邮轮推进的选型提供了依据。     

管路阻力计算方法对调节阀性能预测结果的影响

为研究不同管路阻力计算方法对调节阀性能预测结果的影响,对比分析一维经验公式和三维计算流体力学(CFD)管路阻力计算方法的计算结果;结合阻力计算结果,对某过热蒸汽调节阀的工作流量特性进行计算分析。结果表明:管路阻力的三维CFD计算结果与实际更接近,在调节阀的实际调节特性预测中,不同管路阻力计算方法对调节阀流量特性计算结果的影响不可忽略,在过热蒸汽预期流量为34 kg/s时,采用管路阻力一维经验公式和三维CFD计算方法预测的调节阀流量特性相差5.03%。     

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.     

75000t散货船阻力预报方法研究

在75000t散货船的设计建造过程中，主机的选型和功率的确定至关重要，这都取决于船舶在静水中以一定航速航行时的阻力值。本文对船舶阻力研究的三种方法，经验公式估算、船模试验和CFD数值计算进行介绍，并以75000t散货船为例讨论三种方法的预报阻力的可行性，以供设计者参考。     

14000 kW救助船恶劣海况下失速系数数值研究

为研究救助船舶在恶劣海况条件下的失速性能,保证救助船舶的航行安全性,选取非线性势流计算方法和黏流CFD方法,计算KCS船在静水和规则波中的波浪增阻及船舶运动.将计算结果与船模试验数据进行对比可得:2种数值模拟计算方法在计算波浪增阻时,误差均在3.6％以内,但非线性势流理论方法相较于黏流CFD方法能够大量节约时间.因此,选定非线性势流理论计算方法为救助船数值试验计算方法,将救助船非线性势流理论计算结果与静水船模试验结果对比,在设计航速17.5 kn时,阻力误差绝对值为2.22％,选取方法有效.根据ITTC 2014年提出的失速系数计算方法进行目标船型失速预报,在设计航速17.5 kn条件下,5级海况时失速系数最大,为0.93,7级海况时失速系数最小,为0.66.     

潜艇附体水动力外形优化设计研究

以SUBOFF潜艇为母型,对导弹包进行参数化,基于CFD技术与iSIGHT优化平台,运用试验设计方法创建计算样本,引入响应面技术构造潜体总阻力与导弹包参变量之间的近似函数,并在此基础上采用现代优化算法以总阻力最小为优化目标寻优,确定最优点设计参数,分析阻力随各设计参数变化的规律。     

大型气垫船阻力特性仿真与影响因素分析

气垫船在实际航行过程中,海洋环境和装载条件都会对船体阻力产生影响,难以利用实验手段直接得到不同影响因素下的阻力特性。通过计算机建模将各阻力分量进行耦合,采用变步长4阶5级龙格库塔算法,建立了气垫船阻力模型。利用该模型进行仿真计算,并将所得到的结果与实艇试验反推数据进行对比分析,所建立的模型较好地反映了气垫船阻力特性。在此基础上,又将不同海洋环境和装载作为输入参数,得到了在不同影响因素下的阻力特性曲线。研究结果表明,相较其他因素而言,海况变化对气垫船阻力产生的变化影响最大。     

循环水槽船模阻力试验不确定度分析

[目的]采用试验流体力学(EFD)和计算流体力学(CFD)方法研究流体力学,都存在不确定度分析的问题。针对循环水槽船模阻力试验开展不确定度研究,分别分析精度极限、天平标定和数据采集过程中引起的不确定度。[方法]针对循环水槽所特有的、来流不均匀度和湍流强度难以通过EFD方法求解不确定度的敏感系数,根据上海交通大学循环水槽的实际情况建立相关数学模型,采用CFD模拟得到来流不均匀度和湍流强度对总阻力的影响,应用不确定度理论得到相应的不确定度分量,对CFD计算的不确定度进行专门分析。[结果]结果显示:在CFD不确定度分析中,修正和未修正的计算结果均得到了有效确认,表明利用CFD模拟开展研究可行;循环水槽船模阻力试验合成相对不确定度为1.91%,湍流强度对阻力的影响最大,起主导作用,在设计循环水槽时应尽可能降低湍流强度;由不均匀度引起的不确定度分量,以及由精度极限、天平标定和数据采集过程引起的不确定度分量均不大。[结论]采用CFD方法分析EFD不确定度的一些分量,具备可行性和一定的借鉴意义。     

潜艇导弹包型线优化设计研究

潜艇导弹包的外形对潜艇各种航行性能都有重要影响,各个国家对潜艇导弹包的外形设计都非常重视。本文以SUBOFF潜艇为母型,首先对导弹包进行参数化,基于CFD技术与iSIGHT优化平台,运用试验设计方法创建计算样本,然后引入响应面技术构造潜体总阻力与导弹包参变量之间的近似函数,并在此基础上采用现代优化算法,以总阻力最小为优化目标寻优,确定最优点设计参数,同时分析了阻力随各设计参数变化的规律。     

基于计算流体动力学的最小阻力船型自动优化

基于计算流体动力学(CFD)理论,利用i SIGHT优化设计平台构建一种船型自动优化方法。该方法集成船型变换及自动生成技术、CFD技术及优化算法。优化过程中,编制船型参数化融合模块实现船型变换与SHIPFLOW软件输入数据间的自动连接;采用遗传算法与二次序列规划法相结合的组合优化方法实现从全局探索再到局部空间寻优的整个流程。以某双艉集装箱船为例,优化后船体兴波阻力明显下降,总阻力也得到显著的改善,获得了设计航速下总阻力最小的船艏与船艉线型组合,表明了该方法的可行性与有效性。研究显示,所提出的方法可以获得阻力性能优良的船体型线供设计者参考,具有较强的工程适用性,在基于CFD的船型自动优化方面具有广阔的应用前景。     

基于船舶兴波能量守恒的形状因子算法

为了拓展传统的根据船模阻力试验数据确定形状因子计算方法的适用测量速度范围,文章提出了基于船舶兴波能量守恒的形状因子计算方法。该算法以兴波阻力系数的理论近似表达式取代ITTC（1978）方法的兴波阻力系数近似表达式,采用梯度下降最优算法对船模阻力试验数据进行数值拟合计算求得形状因子。以4250 TEU集装箱船作为算例,将文中算法同传统的普鲁哈斯卡法和ITTC（1978）方法的计算结果进行了比较,验证了该算法的合理性和精确性。     

Study on the form factor and full-scale ship resistance prediction method

To consider the resistance component due to hull geometry, the International Towing Tank Conference (ITTC) adopted the resistance test method in 1978, introducing the form factor concept with two basic assumptions, i.e., the form factor of a model ship is the same as that of a full-scale ship and the form factor is independent of ship speed. However, it is not only very difficult to determine the form factor using the ITTC ’78 method, but also there have been questions regarding the basic assumptions. Therefore, the authors carried out three basic studies on the form factor concept and proposed a new extrapolation procedure for the prediction of full-scale ship resistance performance. The validity of the proposed procedure is being investigated by comparing sea trial and model test results. The results of this investigation will be presented in the near future.     

宽幅平底船型砰击载荷研究

针对宽幅平底船型在风浪中航行,其船艏底部易遭受砰击从而引发船体高频振动的现象,对某型宽幅平底船型进行了研究.通过对目标船艇开展理论计算、船模试验、实船测量等多项工作.研究了非常规船型的砰击载荷.运用理论研究和试验相结合的方法,开展了复杂船型的砰击载荷研究,提出了理论预报的估算公式.通过大量计算和相关试验,得出了船型、航速和海况是影响宽幅平底船型砰击载荷的三大主要因素的结论.     

波浪增阻计算方法对船舶航速的影响分析

失速系数（ fw）是EEDI公式的计算参数之一。文章研究了典型海况下不同的波浪增阻计算方法对船舶航速以及fw的影响。文中主要基于三种波浪增阻理论计算模型,以肥大型船为研究对象,计算分析典型海况蒲氏六级下的波浪增阻系数的分布规律以及相同收到功率下的航速和fw。结果表明：三个理论模型计算得到的fw均低于模型试验结果;Model-3高估了不规则波中的波浪增阻值;Model-1和Model-2计算得到的fw与模型试验结果较接近。     

数值模拟现代水面舰船带自由面的湍流绕流场

为了研究带自由面的船舶湍流绕流场,选择了一艘ITTC推荐的公开船模作为模拟对象,数值求解RANS方程。此模型为带声呐导流罩和方形尾封板的复杂水面舰船。采用Ogrid块拓扑算法生成质量较高的纯六面体多块结构化网格,计算中采用RNG k-ε湍流模式和标准壁面函数,并使用VOF算法来捕捉自由面。空间离散采用QUICK格式,压力-速度解耦采用PISO算法。将阻力和波形的数值结果与实验数据相比较,总阻力系数误差约2%,船侧波形、船首自由面吻合良好,显示了CFD方法在船舶水动力学中预测带自由面湍流绕流场的有效性。     

一种舰船实际航速的计算方法

在舰船航线设计、舰船机动等领域,舰船在不同海况下沿不同航向航行的实际航速计算都是一个关键性问题。在近岸、近海区域,舰船实际航速的计算涉及到海流计算、舰船在风浪中的失速计算、浅水失速计算等多个方面。本文通过分析影响航速计算的主要因素,给出了适用于舰船实际航速计算的具体模式。     

基于半经验公式方法的破冰船破冰阻力计算研究

传统Lindqvist半经验公式存在将不同船型阻力的计算结果均一化的缺点,本文基于船首不同区域的海冰破坏模式,采用船体纵向切片法对传统Lindqvist半经验公式进行了改进。通过将传统及改进后的半经验公式计算结果与模型实验结果进行比较,验证了改进的Lindqvist半经验公式计算结果的有效性和正确性。进而通过半经验公式计算方法,研究了船速和船舶吃水对船体所受破冰阻力的影响。结果表明,改进的Lindqvist半经验公式计算结果明显高于传统Lindqvist半经验公式,与实验值更为接近；船舶破冰阻力随船速呈近似线性增长的趋势,随船舶吃水的增加呈现减小的趋势。     

不同航态下船舶运动规律仿真研究

主要根据波浪叠加理论,采用ITTC单参数标准海浪谱对随机海浪作用下船舶线性横摇、纵摇运动进行建模和仿真研究,探讨不同船型、各种航态(不同海况、不同航速、不同航向)下船舶横摇和纵摇运动规律,为进一步研究船舶的减摇预报与控制打下基础。     

基于B样条的三维船体水动力数值计算

本文采用基于B样条的一种新的数值方法计算三维船体水动力，用B样条函数表达三维船体表面的几何形状以及流场中未知物理量的分布，为了验证该数值方法的可行性和精确度首先对处于无限流体域中的圆球体绕流问题进行了计算；其次计算了由ITTC所推荐的Wigley船型的兴波阻力以及以一攻角斜航时的操纵水动力；最后在一些假设下对两船作平行航行时的干扰水动力作了相应计算工作。数值计算结果与其它试验或理论结果在定量或定性上吻合良好。