尺度效应对全附体潜艇阻力数值计算结果的影响

采用数值计算方法对SUBOFF潜艇的全附体模型进行三维粘性流场数值模拟,将雷诺数为1.2×107时的计算结果同试验结果进行比较,验证了计算方法的可靠性 采用不同数量的网格分别对不同尺度的SUBOFF模型在高雷诺数条件下的流场进行数值模拟,研究网格数量和艇体主尺度大小对高雷诺数条件下潜艇阻力计算结果的影响,通过对计算结果的分析,获得了尺度效应和网格数量对潜艇阻力数值计算结果的影响规律。     

潜艇实艇阻力预报方法研究

分析潜艇阻力预报的方法和特点,采用数值计算方法对SUBOFF潜艇的主艇体模型和全附体模型在不同雷诺数条件下进行三维粘性流场数值模拟,将低雷诺数条件下的计算结果同试验结果进行比较,验证了计算方法的可靠性;通过对计算结果的分析,获得潜艇粘压阻力系数随雷诺数变化的规律,对潜艇实艇阻力预报提出一些建议。     

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.     

具有新颖翘曲型船体的高速双体船

基于瘦长体船的非线性浅水波原理，提出一种具有新颖翘曲型船体的双体船，该船在选定的超临界航速下，兴波阻力接近于零。新的设计方案与一艘普通的双体船进行了数值上的比较。该设计方案原计划用于内陆水道上的高速客船，并在杜伊斯堡浅水拖曳水池中进行过模型试验。     

基于CFD数值模拟和模型试验的三体船片体位置优化

论文采用低精度CFD数值计算和高精度模型试验相结合的方法，以总阻力为目标，对Fr=0.27速度工况下的某型三体船的片体位置进行优化。利用拖曳水池对不同片体位置的三体船进行模型试验，获得三体船在不同片体位置下的总阻力性能。使用自主开发的CFD黏流数值求解器naoe-FOAM-SJTU对一定范围内的其他片体位置进行水动力数值计算。根据模型试验和数值计算结果，使用自主开发的船型优化软件OPTShip-SJTU对三体船的片体位置进行优化。通过模型试验与数值方法相结合的方式构建Co-Kriging近似模型，并使所构建的模型融合模型试验的信息，以保证优化结果的可靠性。结果显示，沿船长方向不同的片体位置对三体船总阻力的影响有着明显的变化规律。     

侧体排水量比对三体船阻力性能的影响

为了探讨三体船侧体排水量比变化对三体船阻力性能的影响,基于RANSE方法,采用比较适用于三体船的Realizable k-ε湍流模型,利用VOF法捕捉自由液面,针对5种侧体排水量比方案,在不同傅汝德数下对三体船的粘性流场进行数值模拟计算,得到相应情况下的船体摩擦阻力及剩余阻力,分析比较剩余阻力曲线及自由面波形,结果表明,低航速下侧体排水量比的变化对三体船阻力性能影响不明显,中高航速下较小的侧体排水量比的三体船兴波阻力性能更佳;同时将计算结果与试验数据进行比较,验证了计算结果的可靠性。     

水下回转体微气泡减阻方案设计

通过数值计算方法,模拟回转体在水下的航行,分析回转体周围流场、压强及其壁面上阻力的分布,并根据计算结果为该回转体设计了有效的微气泡减阻方案.     

雷诺数对潜艇粘压阻力和尾部伴流场影响的数值计算研究

采用数值计算方法对SUBOFF潜艇的主艇体模型和全附体模型在不同雷诺数条件下进行三维粘性流场数值模拟。将低雷诺数条件下的计算结果与试验结果进行比较,验证计算方法的可靠性;利用数值计算技术分析潜艇工程设计和试验中出现的问题,包括潜艇实艇阻力预报方法研究和雷诺数对潜艇尾部伴流场的影响研究。     

基于CFD的潜艇阻力及流场数值计算

运用雷诺平均N-S方程,使用CFD前处理软件ICEM CFD划分流场网格,采用RNG k-ε湍流模型,实现了对裸潜体、带指挥台围壳艇体、带十字尾翼艇体、全附体潜艇4种模型的阻力及粘性流场的数值模拟。通过数值模拟,得到了潜艇表面压力分布情况和附体附近流场的一些特性,为进一步优化潜艇的艇型和分析潜艇的流噪声打下了基础。而阻力的对比在一定程度上验证了数值模拟的可靠性。     

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.     

矩形结构以一定倾角砰击水面所引起的流体动力特性分析

本文采用VOF和动网格方法、考虑限制水域边界条件的约束因素，利用CFD商业软件FLUENT通过求解脉冲砰击压力作用下具有自由表面限制水域上的Navier-Stokes方程来分析与观察一定倾角的矩形结构从一定高度自由落下砰击限制水域的水面所引起的三维流体动力现象，并与无倾角的矩形结构撞击有限水深水域的水面所引起的三维水面波动和水下压力场变化问题做对比分析。数值模拟结果表明采用本文所提出的数值方法可以对大型结构作用于封闭或开放水域的水面所激发起的水面波动和水下压力场变化进行有效的数值模拟。这一数值方法为工程上分析大型结构砰击限制水域水面所产生的水动力现象提供了一种实用的手段。     

波浪对箱形船作用的三维耦合计算模型

为获得具有工程实用价值的港口三维船非线性波浪力的时域计算方法,该文建立了波浪对港口中船非线性作用的三维时域计算耦合模型:用欧拉方程计算船底面下的内域,用Boussinesq方程计算船侧面到港口边界的外域,两域在交界面处匹配条件是流量连续和压力相等.并进行了相关模型实验,实验结果和数值计算结果比较表明该耦合计算模型具有满意的精度.此外,该三维耦合模型数学处理简单,计算效率高,可适用于工程计算.     

基于近似模型的载重46 000 t油船阻力性能优化

以低速肥大型船的线型优化为研究对象,针对部分关键问题进行深入研究。将近似模型方法应用于船型优化工作,以使用有限数量的高精度CFD计算结果建立的近似模型来代替优化过程中复杂耗时的CFD数值计算,利用团队开发的船舶水动力性能多学科综合优化平台完成载重46 000t油船的线型优化,并进行验证。     

Numerical simulation of wave-induced nonlinear motions of a two-dimensional floating body by the moving particle semi-implicit method

The moving particle semi-implicit (MPS) method was applied to compute nonlinear motions of a floating body influenced by the water on deck. To compute the motions of a rigid body, the fluid pressure at the position of each particle on the body surface was directly integrated in space and the equations of translational and rotational motions were integrated in time to determine the correct position of the rigid-body surface at each time step of the time-domain calculation. The performance of this method was validated through a comparison with measured results in an experiment that was newly conducted using a model of a box-shaped floating body with a small freeboard. Although the overall agreement was good, some discrepancies were observed for a shorter wave period, especially for the drift motion in sway. The effect of numerical resolution on the results was checked by changing the number of particles. With a higher number of particles, no obvious improvement was seen in the global body motions, but the resolution of the local free-surface profile, including the water on deck, was improved.     

基于数值仿真的拖轮拖带沉管浮运航道宽度设计

针对拖轮拖带沉管浮运航道宽度的既有设计方法具有局限性的问题,基于数值仿真进行了浮运航道宽度设计的研究。采用数值仿真模拟结果计算的深中通道沉管浮运航道宽度随拖轮就位时间增加而增加、随纠偏力增大而变小,较参考《海港总体设计规范》计算数值小约17 m。基于数值仿真的浮运航道宽度设计方法考虑了拖轮协同操纵因素,丰富了拖轮拖带沉管浮运航道宽度设计的方法,可为类似工程提供借鉴。     

基于泰勒展开边界元耦合镜像格林函数法的浮体水动力学池壁效应（英文）

A novel numerical model based on the image Green function and first-order Taylor expansion boundary element method(TEBEM), which can improve the accuracy of the hydrodynamic simulation for the non-smooth body, was developed to calculate the side wall effects on first-order motion responses and second-order drift loads upon offshore structures in the wave tank. This model was confirmed by comparing it to the results from experiments on hydrodynamic coefficients, namely the first-order motion response and second-order drift load upon a hemisphere, prolate spheroid, and box-shaped barge in the wave tank. Then,the hydrodynamics of the KVLCC2 model were also calculated in two wave tanks with different widths. It was concluded that this model can predict the hydrodynamics for offshore structures effectively, and the side wall has a significant impact on the firstorder quantities and second-order drift loads, which satisfied the resonant rule.     

明渠交汇口水流浅水二维数学模型研究

针对明渠交汇口缓流流动特性,建立基于高性能有限体积数值方法、具有二阶精度的非恒定浅水二维水流数学模型。基本控制方程采用浅水二维水流方程;采用能够有效捕捉激波的高性能有限体积方法离散控制方程;采用了隐式方法处理阻力项,从而保证了模型的稳定性。采用非结构三角形网格系离散计算区域。最后,应用实测资料对两种模型进行了验证比较,结果表明该模型可模拟明渠交汇口基本流动特性,显示了对天然河流广阔的应用前景。     

Green water loading on a floating structure with degree of freedom effects

The aim of the present work is to investigate whether the degree of freedom (DOF) of a floating body has a notable effect on the maximum impact pressure due to green water on deck. The analysis is carried out for a box-shaped floating structure with a deckhouse, using experimental and numerical means to model the green water load. Green water on deck and impact on the deckhouse is generated by the impingement of a focusing wave group on a floating structure. Computations are performed using a two-dimensional constrained interpolation profile-based model solving the Navier–Stokes (N–S) equations with free surface boundary condition to deal with nonlinear water–structure interactions. The free surface is captured by a volume of fluid (VOF)-type tangent of hyperbola for interface capturing/slope weighting (THINC/SW), which is more accurate than the original THINC scheme. The verifications of the simulation through a series of model-to-model comparisons are performed in a two-dimensional glass-wall wave tank. Experimental water surface elevations, body motions and impact pressure are compared satisfactorily with the computed results for different DOFs cases. As a result, the peak impact pressure due to green water decreases rapidly with the increasing DOF.     

紧致插值曲线CIP方法及其应用

波浪与建筑物的相互作用过程会涉及到波浪破碎、水气掺混和结构物的动力响应等复杂过程,对数值算法提出了更高要求。文章基于紧致插值曲线CIP（Constrained Interpolation Profile）方法建立了可模拟波浪破碎、翻滚等自由面大变形流动问题的数学模型。模型以CIP方法为流场基本求解器,离散了纳维—斯托克斯（Navier-Stokes：N-S）方程,同时还以CIP方法捕捉了自由面,通过多相流理论描述了流—固—气之间的相互作用。对强非线性自由表面流动问题的典型算例溃坝问题开展了数值模拟,并通过与他人实验结果的比较验证了模型的有效性。最后开展了极端波浪对浮式结构冲击过程的模拟,准确地预测了甲板上浪和结构的动力响应等问题。     

水下目标自相关检测的一种神经网络方法研究

用权重神经网络知识推理的方法研究水下目标自相关检测．首次总结了水下单传感器目标自相关检测的相关知识,提出了用权重神经网络表示这些知识,用简单的数值计算进行推理的方法,得出了相应检测结果．