KVLCC2船模斜航运动粘性流场及水动力数值计算

采用CFD商业软件FLUENT对KVLCC2模型的斜航运动粘性流场进行数值模拟,计算得到了不同漂角时的横向水动力、首摇力矩、船体表面压力分布及尾流场,通过将计算结果与试验结果进行比较,验证了文中计算方法的有效性.文中采用SST k-ω和RNG k-ε两种湍流模式进行了水动力计算及流场数值模拟,通过将其结果与试验结果进行比较,得出了SST k-ω模式较RNG k-ε模式更为适合于实际船型的斜航运动粘性水动力计算和流场数值模拟的结论.     

半约束模型试验--一种验证随浪和斜浪中波浪力计算的手段

本文采用半约束模型试验技术，对一条高速船在规则波中随浪和斜浪工况进行了流体动力系列试验，以探讨航运的安全性，验证作用于船体上波浪力的估算方法。对每次试验，以波动方程的形式采用数值估算方法确定环绕船模的波浪运动的时间历程。并用同样的方法从测量数据中提取垂荡和纵摇与模型测量运动，一阶波导纵荡、横荡作用力和首摇力矩。因此合理比较理论计算的波浪力与力矩的时间历程成为可能。这表明SSPA海事动力学的研究所(MDL)模型试验设施可以提供高质量的测量，与所述计算方法结合起来可用来验证理论计算和建立半经验方法。     

顶浪规则波中参数横摇数值预报研究

国际海事组织正在制定第二代完整稳性衡准中有关参数横摇的直接稳性评估方法,本文提出了三种顶浪参数横摇数值方法。首先是单自由度横摇运动数学模型,考虑了无横倾时垂荡、纵摇运动对横摇力矩中非线性的Froude-Krylov力的影响;其次在单自由度数学模型的基础上进一步根据横摇角动态考虑了非线性的辐射力和绕射力;然后是垂荡-横摇-纵摇耦合的三自由度耦合数学模型,其中通过对瞬时湿表面积分得到非线性的Froude-Krylov力,考虑瞬时横摇角度对瞬时湿表面的影响计算辐射力和绕射力。最后采用国际海事组织提供的集装箱船型,通过比较计算结果和试验结果,证实这三种数值方法的有效性。     

两浮体在波浪中二阶漂移力的三维方法研究

基于三维频域线性理论采用近场方法研究波浪中两浮体之间二阶漂移力（矩）的相互干扰,建立了两船相隔一定间距在波浪中运动的二阶漂移力（矩）的数学模型。经过数学换算,浮体的二阶漂移力（矩）可用人射速度势和扰动分布源简单表示。通过对固结的两船在横浪中的二阶横向漂移力及首摇漂移力矩的计算,得出结论与试验结果作比较,两者吻合度较好。     

船舶在横浪中非对称非线性横摇的一种计算方法

在实际营运中,船舶由于遭受定常强横风作用或货物移动等而产生初始横倾后,其复原力矩、阻尼力矩及横向惯性矩会发生变化。考虑到上述情况,本文建立了与对称横摇相类似的非对称非线性(阻尼和复原力矩同时有非线性)横摇运动的数学模型,用直接方法导出了该运动方程的近似解析解;同时探讨了非线性参量对强迫振荡的影响。本方法曾进行了相当数量的计算,与试验数据比较,得到较满意的结果。     

船舶低频纯横荡及纯首摇运动数值仿真与分析

以船舶操纵水动力预报为研究背景,利用商用软件Fine/Marine对DTMB5415进行了低频纯横荡及纯首摇运动数值仿真研究。以纯横荡运动幅值为0.064 m试验数据为基准,通过对比不同边界条件设置及其对计算结果的影响分析,得到随体坐标系下船模受到的侧向力及转首力矩,并将仿真计算结果与船模试验结果进行对比,获得较好的参数设置。以该设置参数及边界条件为依据进行后续的纯横荡运动及纯首摇运动数值仿真计算,得到船模所受侧向力及转首力矩。     

船舶低频纯横荡及纯首摇运动数值仿真与分析

以船舶操纵水动力预报为研究背景,利用商用软件Fine/Marine对DTMB5415进行了低频纯横荡及纯首摇运动数值仿真研究。以纯横荡运动幅值为0.064 m试验数据为基准,通过对比不同边界条件设置及其对计算结果的影响分析,得到随体坐标系下船模受到的侧向力及转首力矩,并将仿真计算结果与船模试验结果进行对比,获得较好的参数设置。以该设置参数及边界条件为依据进行后续的纯横荡运动及纯首摇运动数值仿真计算,得到船模所受侧向力及转首力矩。     

二代稳性衡准纯稳性丧失直接评估方法研究(二)

针对国际海事组织(IMO)正在制定的船舶第二代完整稳性衡准中的纯稳性丧失直接评估衡准,本文提出了纵荡-横荡-横摇-首摇4自由度运动耦合的标准数学模型,进行了纯稳性丧失直接评估.该方法首先基于MMG操纵性标准方法,构建纵荡-横荡-横摇-首摇4自由度运动方程,同时考虑了舵控制方程,其次在纵荡、横荡、横摇、首摇方程右边考虑时域波浪力/力矩,且横摇方程右边进一步考虑了粘性横摇阻尼力矩和波浪中复原力臂变化.最后采用ONR内倾船进行了尾斜浪中纯稳性丧失直接数值计算,为纯稳性丧失直接稳性评估衡准的应用奠定了基础.     

基于CFD的无压载水船型浅水中岸壁效应数值模拟

基于贯通流系统设计无压载水船型,在保证无压载水化的基础上,分析其操纵性相关的水动力特性,以系列60船型改造后的新船型作为研究对象,基于CFD方法,选用混合网格和SST k-ω湍流模型对船舶浅水航行的岸壁效应问题进行数值模拟,利用粘性流对叠模求解。为验证网格划分和数值方法的合理性,对系列60船型进行数值模拟,将计算结果与他人计算结果进行比较,基本吻合。对新船型进行数值模拟,计算出其在浅水中不同岸壁距离以及不同航速下的阻力、横向力和转艏力矩,与系列60船型的计算结果进行比较,分析结果表明,新船型弱化了浅水中的岸壁效应,优化了水动力性能。     

半潜首船型耐波性能研究

半潜首船型是近期发展的减摇新船型,半潜首作为船舶的一个浮体可有效地减小船舶在风浪中的纵向运动——特别是减小纵摇运动以及首部速度、加速度诸运动参数。这对于要求有优良耐波性能的中小型快速船具有重要意义。 本文介绍了半潜首船型耐波性能的理论预报方法,并针对一具体船型计算了半潜首的设置及其形状对运动性能的影响。计算数据和实验结果的比较表明,两者吻合较好。 文中还对二维船舶水动力的数值方法作了改进。     

非线性船舶操纵性计算

本文采用进退、横荡、摇首三个非线性运动方程,用龙格-库塔法在数字机上求解来预报船舶操纵性。船体上的横向水动力和力矩采用系列船模试验资料。进退方程中的纵向水动力是利用船体阻力曲线和螺旋桨敞水试验曲线等资料根据主机类型和工况计算的.计算是在 TQ-16机上进     

横倾船舶三维非定常扰动势流特性

当船舶出现破损淹舱或者在波浪中做横摇运动时,船体都会出现横倾,这会使得船舶在水面下的湿表面与正浮时不再相同,船体周围的非定常流场因此会发生改变。本文基于三维线性势流理论,使用奇点分布法对具有不同横倾角的Wigley III船型的非定常扰动速度势展开计算,进而求解Wigley III船型水动力系数与波浪激励力。计算结果表明,横倾对垂荡、横摇、纵摇水动力系数的影响比较明显;在顶浪下,横倾对横向的波浪激励力影响显著。     

基于CFD方法的某喷水推进舰船矢量控制运动仿真

以喷水推进舰船为研究对象,基于计算流体动力学（CFD）方法获得其水动力导数,在设计航速下对其进行矢量运动控制仿真研究。采用STAR-CCM+开发CFD求解器,采用流体域体积（VOF）方法求解自由面,选用Realizable k-ε模型作为湍流模型。通过纯横荡试验和纯艏摇试验的平面运动机构试验对船体受到的横向力和摇艏力矩进行分析,得到水动力导数,并构建适用于喷水推进舰船的操纵运动模型。结合建立的操纵运动模型设计喷水推进船的艏向控制器并进行矢量控制仿真,验证所提方法的可行性。     

ONR内倾船波浪中复原力臂非线性现象试验和数值研究

船舶波浪稳性中参数横摇和纯稳性丧失是与波浪复原力臂变化有关的失效模式,波浪中复原力臂的变化是影响这些失效模式预报精度的关键因素.本文以ONR内倾船型为研究对象,通过试验和数值方法研究了横摇复原力臂的变化.首先采用半拘束模型(垂荡、纵摇自由,固定横倾角)试验测量波浪中船模复原力的变化;其次采用三维时域混合源法建立波浪中复原力臂的数值计算方法,在常规Froude-Krylov力假设的基础上,进一步考虑辐射力和绕射力对横摇复原力的影响,并在速度势的计算中引入精确物面条件,沿瞬时湿表面积分计算动态辐射力和绕射力的成分;最后通过试验结果和数值计算结果的比较,以及复原力臂组成成分的分析、近似物面非线性条件和精确物面条件计算结果的对比等,详细分析了ONR内倾船型波浪中复原力臂的非线性现象.研究表明:顶浪中常规Froude-Krylov力假设不够完善,随着航速、波陡、横倾角度的增加,波浪中复原力臂的非线性现象十分明显,辐射力和绕射力对复原力臂的贡献是非线性现象的主要原因;基于精确物面条件计算动态辐射力和绕射力引起的复原力臂变化可以更好地反应复原力臂的非线性现象.     

基于CFD方法求取供应船位置水动力导数回归公式

以动力定位船为研究对象,通过船型变换生成供应船的系列船型。基于CFD数值模拟约束模平面运动机构（PMM）试验中的斜拖试验,得到系列船型在不同漂角时所受的横向力和转艏力矩,经最小二乘法拟合求得各船型的位置水动力导数。在此基础上,通过多元回归,得到位置水动力导数关于船型参数的回归公式,以为设计阶段动力定位船位置水动力导数的确定提供简便的方法。     

排挤厚度对船舶操纵运动水动力的影响

山崎将Ｃｈａｐｍａｎ方法推广应用到计算斜航船体的兴波横向力。为了探讨粘性的影响，本文通过在物面叠加平板湍流边界层排挤厚度，以新的物面边界按山崎的方法重新作了计算。文中以Ｗｉｇｌｅｙ船型为对象作了计算，并与试验值作了比较。     

船舶横摇阻尼浅水效应模型试验

涉及舰艇进速时横摇阻尼浅水效应的一系列有关模型试验，进行了自由和强制横摇试验，以取得横摇阻尼系数。试验采用油船船型进行，结果显示不管船舶航速大小，随着水深的下降，横摇阻尼提高。可以认为浅水水域的横摇阻尼提高速度时，要比在深水水域的横摇阻尼提高速度时大得多，且在浅水水域横摇阻尼升力分量是从船体横向力的稳态特性估算的。横向力是在一定水深中进行的斜航拖曳试验中确定。由于船舶航速、升力分量同横摇阻尼是相当一致的，故可以得出浅水水域情况下升力分量占据船舶航速引起的横摇阻尼的主要部分。     

浅水域船舶岸壁效应数值模拟

选取系列60船型(Cb=0.6)为研究对象,采用动态重叠网格技术实现船舶航行中的姿态变化,通过求解RANS方程并结合单相Level Set自由面模拟方法对船舶浅水航行岸壁效应进行数值模拟。假定船舶不动,设置定常流。模拟出船舶的阻力、横向力和转首力矩的系数,与相关文献结果进行对比,吻合良好;同时放开船舶横荡、垂荡和纵摇3个自由度,获得不同岸壁距离下的横移量,分析船速对横移量的影响以及船体压力的变化。采用的重叠网格技术,网格逻辑关系简单,可以快速生成高质量的结构网格,以较少的网格量实现了对浅水中船舶沿岸壁航行的数值模拟,验证了此技术在船舶操纵性数值模拟中的可行性。     

海上长球首球尾双体风电维护船波浪增阻研究

为研究不同球首球尾长度双体风电维护船在波浪中的阻力性能,基于CFD技术,探究适用于双体船运动响应和波浪增阻的数值计算方法。通过与试验结果的对比分析,在计算域设定和网格尺寸方面提出适用于双体船的计算方案。利用此方法计算不同球首球尾长度双体风电维护船的升沉与纵摇以及波浪增阻,为球首球尾双体船以及风电维护船的船型设计与优化提供参考。     

海上长球首球尾双体风电维护船波浪增阻研究

为研究不同球首球尾长度双体风电维护船在波浪中的阻力性能,基于CFD技术,探究适用于双体船运动响应和波浪增阻的数值计算方法.通过与试验结果的对比分析,在计算域设定和网格尺寸方面提出适用于双体船的计算方案.利用此方法计算不同球首球尾长度双体风电维护船的升沉与纵摇以及波浪增阻,为球首球尾双体船以及风电维护船的船型设计与优化提供参考.