基于CFD的“探索一号”科考船多波束测深仪安装方式研究

论文采用基于RANS方程的数值计算方法,对"探索一号"科考船安装多波束测深仪后的船阻力及多波束测深仪的气泡性能进行数值模拟;给出了多波束测深仪不同安装方案下的船舶阻力性能计算结果,同时结合自由面波形图、船体表面压力图以及流线图对计算结果进行分析;并提出一种气泡性能分析方法——流线监测法,采用该方法对各个方案多波束测深仪的气泡性能进行对比;最终获得多波束测深仪不同安装方案下的科考船阻力性能与多波束测深仪气泡性能之间的关系,为"探索一号"科考船多波束测深仪的安装设计提供技术支撑。     

基于物面重叠的多附体船舶阻力数值模拟

阐述物面重叠技术,介绍重叠网格的基本原理以及物面重叠的处理方法,在此基础上采用单相Level-Set捕捉自由面方法和RANS方程对某型带多件附体的船舶进行阻力数值模拟,对其流场和自由面波形进行分析。与模型试验结果进行对比发现:数值计算结果与试验结果吻合良好,误差满足工程精度要求,验证了物面重叠技术应用于多附体船舶阻力数值模拟的可靠性。     

耙吸挖泥船带水下泵耙管阻力的数值水池预报研究

文章应用数值水池技术针对耙吸挖泥船带水下泵耙管结构的拖曳阻力特性在实尺度下进行虚拟试验,分析研究裸耙管和全附体耙管随下放角度、航速变化的拖曳阻力特性及全附体耙管各组成结构的阻力分量情况,为耙吸挖泥船耙管的拖曳阻力预报、船舶推进功率评估、耙管结构设计优化提供参考。     

穿浪单体船型水动力性能的CFD数值模拟研究

为了研发低阻、高耐波性新船型,以某圆舭船型为参考船型,设计了穿浪内倾深V型主船体,并设计了半潜艏和水滴形球鼻艏两种形式的艏部附体。基于CFD数值模拟分析不同主船体和艏部附体对于船舶横摇稳定性、静水阻力和耐波性的影响。通过水池模型试验进一步研究不同船型的耐波性,并验证了CFD数值方法的准确性。研究表明,深V船型的横摇和纵摇稳定性优于圆舭船型,且在高航速时深V船型的静水阻力性能也优于圆舭船型。在高航速下,水滴形球艏有利于减小深V船型的兴波阻力和波浪增阻,而半潜艏对于提高船舶纵向稳定性具有更加显著的效果。     

高速深V型船新型艏部减阻附体方案设计及模型试验研究

为探索研究高速深V型船新型减阻技术,针对高速深V船型艏部兴波的产生原因及兴波阻力的产生机理,提出了一种压抑船艏兴波以减小兴波阻力的减阻思路,获得了一种新型的船艏抑波减阻附体方法。以某具体的高速深V型船为对象,通过CFD数值模拟进行了目标航速下的抑波减阻附体的设计,在此基础上,利用高速船模拖曳水池进一步开展了深V型船艏部减阻附体方案效果的验证试验。结果表明,所设计的抑波减阻附体在水线长4.24m的船模上实现了目标航速(弗劳德数0.447)下总阻力减小6.67%、剩余阻力减小15.7%的效果,在实船尺度下该抑波减阻技术的减阻效果进一步增大。     

基于CFD的双艉客船阻力特性分析

[目的]随着绿色船舶规范的实施及推进,船舶能效指数,特别是船舶航速功率指标越来越受到业界的关注。为了精确获得双艉船型的航速功率指标及船舶流场信息,[方法]基于计算流体动力学(CFD)理论,提出一种双艉船型航行阻力预报及流场捕捉的工程方法。采用粘性流计算软件FINE/MARINE,对某双艉客船的航行阻力进行计算,探讨船舶第1层网格节点高度、船舶航速以及附体对计算结果的影响,并将不同航速下的阻力预报及其结果与试验数据进行对比。[结果]结果显示,预报误差基本在3%以内。[结论]研究表明,所提方法计算效率高且易于实现,预报精度能满足工程需要,具有较强的工程实用性。     

基于计算机编程的船舶航速预测研究

当前的一些方法由于存在预测准确率较低的问题,因此提出一种基于计算机编程的船舶航速预测方法,该方法使用高级编程语言,实现了船舶航速预测方面的创新。基于计算机编程对船舶进行数值模拟,使用的计算机语言为BASIC,使用的编程软件为Eclipse。根据船舶数值模拟结果进行船舶行驶阻力的估算,使用的软件为FLUENT。通过船舶模型针对船舶实施随浪规则波与迎浪规则波的自主航行试验,对波浪中船舶的运动响应、航速与周期、波高间的关系进行分析,从而预测波浪推进下的船舶航速。配置仿真环境,对该方法进行预测准确率的实验测试,并将现有方法作为测试中的对比项。测试结果表明该方法在迎浪航行时与随浪航行时均能达到较高的船舶航速预测准确率,具备很强的实用性,有一定的应用前景。     

基于CFD的海工支持船纵倾优化

海洋工程支持船(OSV)因其船型特点,以一定航速航行时姿态较静止时的浮态会发生变化,进而会影响船舶的阻力。为减小船舶阻力,纵倾优化是一种非常有效的手段。首先运用CFD手段,通过对y+、湍流模型及网格依赖性等方面的研究,建立了适用于该类船型阻力计算的数值方法。在此基础上,对两型尺度相近,但不同线型的OSV进行了纵倾优化,数值模拟的结果发现纵倾优化在不同船型、不同线型、不同航速下而呈现不同的特点,为船舶实际运营中提供了指导。     

基于流固耦合方法的船舶破冰阻力参数敏感性研究

本文基于带有塑性应变失效准则的弹性断裂失效模型建立平整冰有限元模型,采用LS-Dyna流固耦合方法对船舶在平整冰条件下航行的冰载荷开展了数值模拟,选取航速和平整冰厚度作为敏感性参数,分析了参数变化对破冰阻力的影响。研究发现:各方向上的冰载荷在时域上均存在一定的周期性,冰层在船艏撞击和浮力作用下,通常以多种破坏模式的混合方式同时出现;船舶在平整冰环境下的破冰阻力随航速和冰厚的提高基本呈线性增加的趋势,不同航速及冰厚条件下的破冰阻力数值计算结果与Lindqvist经验值的误差分别在-7.5%～13.1%和-10.8%～19.4%范围内,采用LS-Dyna流固耦合方法对船舶破冰阻力进行预报具有较高精度。     

随浪规则波中ONR内倾船纯稳性丧失黏流模拟方法研究

纯稳性丧失作为5种典型的船舶在波浪中运动失稳的模式之一，是波峰位于船舯时复原力显著减小而导致船舶大幅横摇甚至倾覆的运动失稳现象。论文采用STAR-CCM+商业软件，模拟全附体ONR内倾船在随浪下的纯稳性丧失现象。数值模拟中采用重叠网格技术实现船-桨-舵耦合的多体运动求解，通过速度边界条件进行造波，采用欧拉叠加模型进行消波，考虑了实船螺旋桨的旋转因素，对舵进行自动控制来实现航向的稳定。模拟了ONR内倾船在不同航速下发生纯稳性丧失导致大幅横摇甚至倾覆的过程，并与试验结果进行了对比，最大横摇幅值的计算值与试验值趋势一致。分析了在不同航速下舭龙骨、桨、舵等附体力和力矩的变化。论文建立的CFD数值模拟方法，为更加细致地分析波浪中纯稳性丧失的运动现象提供了技术支撑，为后续势流方法中的螺旋桨、舵等附体力学模型的改进提供了参考。     

基于磁感应测速传感器的舰船航行速度估计

为解决传统舰船航行速度估计结果精度不佳的问题,提出基于磁感应测速传感器的舰船航行速度估计方法。通过大量分析调查,分别获取外界航行因素及船舶自身因素对航速的影响度数值,结合磁感应测速传感器建立相应的船舶航速影响规律。进一步计算相关因素对舰船航行产生的阻力和推力,并建立相应的航行惯性附体坐标,根据坐标变化情况计算舰船航行速度变化数值,实现对舰船航行速度的精准估计。最后通过实验证实,基于磁感应测速传感器的舰船航行速度估计方法具有更高的准确性和实用性。     

船艉线型对船舶阻力性能的影响

以船体阻力性能为优化对象,基于改造母型船法,分析船艉线型的改变对船舶阻力性能的影响。根据船舶主要参数设计要求,参考同类船型,利用Tribon-Lines模块对船舶艉部型线进行改造,生成两种方案船型,并通过CFX软件对母船型以及方案船型进行粘性绕流场的数值模拟,讨论不同航速下艉部线型对船体总阻力的影响。研究结果表明,在以船体阻力性能为优化对象时,选优后的方形艉在相同的航速下阻力低、消耗的功率小、形状效应小、粘压阻力和摩擦阻力也相对较小。     

减摇复合船型首部构型设计与水池模型试验研究

船舶在波浪中航行时的纵向运动性能是衡量船舶综合航行性能的重要指标.为了改善船舶在波浪中的纵向运动性能,本文基于首部减摇组合附体技术对某型船首部构型进行改造并通过水池模型试验对其静水阻力和耐波性进行了分析研究.在分析该船作业及航区特点的基础上,通过船首部线型改造及减纵摇组合附体构型优化,给出适用于该船的首部构型方案.应用CFD软件和修正切片法进行水动力性能分析,并对船首构型方案进行优选.将优选出的性能较优复合船型方案和原船型开展水池模型静水阻力与耐波性对比试验分析,验证减摇复合船型的静水阻力性能与耐波性能.试验结果表明,改造后的复合船型减纵摇效果明显,对应实船四级海况18节航速下纵摇与首部加速度有义值较原船型降低15%以上;复合船型静水阻力有所增加,实船18节航速下静水阻力增加13.5%.     

基于CFD实尺2339标准箱集装箱船的阻力分析和实船验证

基于计算流体力学(CFD)方法对2339标准箱支线型集装箱船进行实尺数值模拟阻力预报。首先建立NUMECA/HEXPRESS全六面体非结构网格,采用湍流K-Omega(SST)-Menter模型进行数值模拟,计算其在压载工况下不同傅汝德数时的阻力;然后将CFD数值计算阻力结果同实船试航阻力进行比较与分析。结果表明:CFD数值模拟同实船以及实验结果趋势一致,误差较小。论文所述CFD分析方法对船舶的线型设计、优化和航速预报,具有一定的指导与参考意义。     

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。     

基于CFD的船舶总阻力数值模拟

为了实现利用CFD准确预报船舶阻力,选取2种船舶线型,对静水下不同航速时的阻力进行模拟,考虑船舶的对称性,使用半船进行建模,为减少网格数量并尽量保证精度,采用局部加密进行网格处理,采用VOF法对自由液面进行模拟,与船模试验数据对比表明,本方法具有较高的数值精度。     

内河大型自航绞吸挖泥船浅水阻力数值计算

利用CFD方法计算某内河大型自航绞吸挖泥船在浅水状态下的总阻力。在不同水深及不同航速下对船模周围流场进行数值模拟,计算过程考虑自由面的影响。将计算结果与模型试验作比较,计算结果有较高的可靠性。并通过分析这类船型的流场分布进一步理解船舶在浅水航行中的阻力成因。     

基于CFD的电力推进系统机桨匹配特性研究

为分析异步电机带定距桨电力推进系统的机桨匹配特性和规律,考虑船舶运营后的污底阻力,通过建立船舶污底与粗糙度的对应关系,数值模拟分析某型电力推进船舶阻力变化规律。基于STAR-CCM+软件建立数值水池,模拟分析常规螺旋桨设计与优化螺旋桨设计下的敞水虚拟试验、阻力虚拟试验和自航虚拟试验结果,结合机桨匹配点设计对实船尺度下的航速性能进行预报。通过研究发现：在船舶设计阶段减小定距螺旋桨的螺距比,可以使得新船的螺旋桨以较轻的负荷运转,从而获得较高的航速性能,对于异步电机带定距桨电力推进船舶机桨匹配设计具有借鉴意义。     

基于多种组合算法的船附体结构设计优化

为了减少船舶的阻力,提升船舶快速性和耐波性,本文将添加球鼻首的DDG1000驱逐舰作为原始船型,研究增加尾压浪板、鳍和水翼对船体性能的影响.首先,将原始模型添加尾压浪板,并且caeses软件平台下进行全参建模,基于组合优化算法策略进行优化.设置2套组合优化方案,经对比发现,sobol算法和NSGA-Ⅱ组合优化方案得到的模型更为优越.添加尾压浪板优化后的模型,在2.02 m/s和1.77 m/s航速下,优化后模型阻力都减少2.5％,证明尾压浪板有减阻特性.将添加尾压浪板优化后的船体后作为初始模型,添加鳍和水翼,并基于组合算法策略,进行多维参数优化.经数值计算,发现鳍和水翼并不能起到减阻效果,但是在一定航速下,鳍与水翼可以抑制兴波,进而减少剩余阻力.最终,在规则波条件下,进行数值模拟,发现安装尾压浪板、鳍与水翼附体后,波浪增阻增大,当λ/L超过0.9时,波浪增阻小于优化后,安装附体后船体,升沉与纵摇以及耐波性均得到不同程度的改善.     

双尾鳍船舶纵倾节能及其尺度效应的数值研究

纵倾节能是一种高效易行的船舶节能手段,针对纵倾节能应用,采用基于RANS求解的数值模拟方法,对不同缩尺比与纵倾角度工况下的双尾鳍内河船型绕流场进行了数值模拟。本文分析纵倾角度对阻力及其成分的影响规律;分析阻力随纵倾角度变化规律的原因并对纵倾节能相关的尺度效应进行探讨。结果表明,双尾鳍船舶以设计航速航行时,纵倾角度为首倾1.5°左右时阻力最小,且纵倾节能存在明显的尺度效应。