载人潜器阻力的数值计算方法分析

采用多块搭接结构化O型和H型网格对某载人潜器周围控制域进行网格离散,分别采用四种不同的湍流模型,并改变自由来流湍流强度的设置,对潜器周围绕流场进行数值模拟,得到了适于对潜器周围绕流场进行数值模拟的方法,获得较可靠的阻力等计算结果.将阻力计算结果与试验值进行对比,得出采用不同湍流模型进行数值计算时自由来流湍流强度的改变对于计算结果的影响.分析得出适于潜器阻力计算的湍流模型以及相应自由来流湍流强度的取值,为潜器的阻力预报提供了可行的数值计算方法,为潜器的阻力性能优化奠定了基础.     

基于CFD的船舶水动力计算收敛性分析

为基于计算流体动力学（Computational Fluid Dynamics,CFD）的单体船型水动力性能计算参数提供参考依据,开展相关的收敛性分析。采用CFD数值计算,分析网格尺度、湍流模型和时间步长对于船舶水动力计算的收敛性影响,提出基于CFD的船舶水动力计算优化参数模型,并以水池模型试验验证所提方案的准确性。采用船长2.83%的非结构化网格进行流体计算域网格划分,采用Realizable k-ε湍流模型,计算时间步长取波浪遭遇周期Te的1/200,可更加合理地模拟船舶在规则波中的运动响应,为基于CFD的船舶阻力与耐波性计算提供确定依据。     

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。     

全海深载人潜水器下潜运动型线优化

以某全海深载人潜水器为研究对象,以其下潜运动为例开展阻力数值模拟和试验验证。通过计算域和网格敏感性分析,采用不同湍流模型进行对比研究,并与模型拖曳试验结果进行比较,获得该潜水器的下潜运动计算模型。在确定了数值计算方法后,采用试验设计、近似模型和全局优化算法等方法对潜水器艉部型线进行优化,结果表明该方法可有效降低潜水器的下潜阻力,从而达到缩短潜浮运动时间的目的,研究成果对于该潜水器及类似潜水器的工程研制具有一定指导意义。     

运输型载人潜器的阻力数值预报

首先对Myring型回转体的阻力数值计算方法进行了讨论。其中着重对回转体周围控制域的网格离散方法及湍流模型的选择进行了讨论。将回转体数值计算得到的结果与实验值进行对比,选出适合的湍流模型,同时验证了计算方法的可行性。其次应用之前提出的数值计算方法,对某型载人潜器的模型进行阻力数值计算,得到相应的阻力系数。最后通过换算得到实艇阻力,并绘制了实艇的有效功率曲线。研究表明,相比于k-ε模型,k-ω模型能更好地计算Myring型回转体的阻力,并且在高雷诺数下有较高的精度,更适宜目标潜器的阻力预报。从目标潜器模型的直航阻力入手,对实艇的阻力进行预报,最后得到其有效功率,为该载人潜器的动力、控制等系统的设计提供了参考。     

基于滑移网格技术计算螺旋桨水动力性能研究

基于RANS方程的CFD软件数值模拟螺旋桨定常和非定常的水动力性能.定常计算采用多重参考系MRF模型,分别采用标准k-ε的湍流模型,RNG k-ε湍流模型和Reliable k-ε湍流模型模拟在不同进速系数时的推力系数和转矩系数.将模拟的数值结果与试验值相比较,计算结果表明,采用Reliable k-ε湍流模型计算出的推力系数与转矩系数与试验值基本吻合,并以该结果为初始场,通过滑移网格技术,采用单机并行计算螺旋桨非定常水动力性能.相较于定常计算结果更加接近试验值,说明滑移网格技术具有更高的精准度,更加适用于计算螺旋桨的水动力性能.     

基于重新建模法的滑行艇阻力数值计算

针对采用重叠网格法对滑行艇阻力数值计算时,采用不同子域的方式会增加网格数量,且在2套网格交接位置通过插值实现数据交换会引入额外的误差,从而导致计算精度和计算效率不高的问题,引入动态边界实现的网格方法,即重新建模法。借助计算流体动力学(CFD)软件STARCCM+,分别采用2种网格方法对一模型尺度滑行艇进行数值模拟,通过对试验结果进行对比和不确定度分析,对数值方法进行确认和验证。在此基础上,采用重叠网格方法和重新建模法对不同航速滑行艇进行绕流场数值模拟。并进行阻力和航态数值结果对比。结果表明,与重叠网格方法相比,重新建模方法的计算精度和计算效率均所有提高。     

基于正交试验方法的重叠网格技术不确定度研究

为研究重叠网格方法在背景网格和局部网格区域插值所引入的额外数值误差,本文结合正交试验方法和ITTC不确定度分析方法,对该数值误差、网格尺度、时间步长和湍流模型进行了多因子不确定度分析。数值计算工况采用L_9(3~4)正交表进行设计,考虑网格形式、网格尺度、时间步长和湍流模型四个因子,每个因子采用3个水平。不确定度分析结果表明,因子时间步长和网格尺度得到了验证和确认。正交试验方法中的方差分析表明,因子湍流模型和网格形式对数值模拟误差的影响相比于时间步长和网格尺度并不显著,即量级相当。     

载人潜器阻力性能的数值计算和模型试验及船型优化

采用多块结构化网格对某载人潜器模型周围计算区域进行网格离散,采用Realizable k-ε湍流模型对潜器周围绕流场进行数值模拟.在船模拖曳水池中进行载人潜器模型不同艏向角和垂直上升及下潜航行时的阻力试验.将阻力的数值计算结果与试验值进行对比,两者的偏差在可接受范围内.考虑载人潜器主体的舯纵剖面的二维外形,用多岛遗传算法对其粘性流场的阻力数值计算结果进行船型的一体化优化,得到二维阻力最小的优化外形.将舯纵剖面外形的优化结果应用到三维载人潜器主体,比较优化前后的主体阻力.数值计算结果表明,载人潜器主体外形优化前后阻力的优化收效在30%以上.     

海底管线附近底床侵蚀平衡剖面的湍流数值模拟

本文建立了模拟海底管线附近底床侵蚀平衡剖面的垂向二维数学模型.对其中的三个关键性问题--复杂边界下的湍流场计算、泥沙底床侵蚀动边界平衡剖面的确定--分别采用有限元数值方法求解改进的κ-ε双方程湍流模式、预网格剖分的边界拟合技术和基于壁面律计算剪切应力结合泥沙临界起动切应力准则进行判别的方法进行处理.为检验数学模型的可靠性,文中将数值模拟结果与实验资料进行了对比,结果显示:本文建立的数学模型能够比较准确的模拟出侵蚀平衡剖面的形态并揭示了侵蚀发生的机制.同时也表明经Shih等改进的κ-ε湍流模式适合于海底管线附近湍流场的数值计算;预网格边界拟合技术是处理复连通域下活动边界问题的有效方法;管线附近泥沙底床的侵蚀平衡剖面主要受底床附近切应力的控制,临界起动切应力判别准则在该问题中的应用是合适.     

旋臂水池试验数值仿真影响因素分析

为了提高基于滑移网格法对旋臂水池试验的仿真精度,以SUBOFF标模为计算对象,对计算域大小、边界层网格厚度、湍流模式、雷诺数等对仿真的影响进行计算对比,发现内部旋转计算域纵向与艇高,外部计算域纵向与艇体距离及计算域大小对计算结果的影响规律。采用realizable k-ε和SST k-ω湍流模式得到的结果相差较小,前者与试验结果更为符合。应用本文方法得到的模拟结果与试验值的误差基本在30%以内,说明数值方法可用于初期方案预选。     

基于CFD方法对摆线推进器水动力性能的数值预报

通过运用CATIA建模软件、ICEM CFD网格划分软件及FLUENT求解器分别对摆线推进器进行几何模型的建立、网格划分及数值计算,进而选用合适的湍流求解方法及滑移网格方法得到与试验值相近的数值模拟结果,从而验证该方法的可靠性。     

混合网格在滑行艇阻力数值模拟中的应用

为探讨适用于滑行艇全航速段数值模拟的网格划分方法,本文采用CFD技术研究了混合网格在滑行艇阻力数值模拟中的适用性,采用了不同数量的混合网格对滑行艇粘性绕流场进行了数值模拟,对阻力进行了计算,并且对比了不同网格数量对计算结果的影响,分析了其中的原因,得到了适用于滑行艇阻力数值计算的混合网格。在此基础上采用所得到的网格划分方式对滑行艇全航速段进行了数值模拟,并与实验结果进行了比较,两者吻合较好。     

潜艇操纵水动力数值预报网格与湍流模型选取研究

针对采用计算流体力学(CFD)数值方法预报潜艇操纵水动力中,网格划分和湍流模型选择的问题。以SUBO)FF潜艇模型为对象,对不同网格分辨率的模型进行了水动力计算,对网格的收敛性进行了研究,采用五种不同湍流模型,计算得到了不同漂角下潜艇所受水动力,并和试验结果进行了比较。研究结果表明,在采用CFD数值方法预报潜艇操纵水动力时,纵向力对网格分辨率有较高要求,而侧向力和力矩对网格分辨率要求较低,在湍流模型选择上,采用标准k-ω湍流模型能够获得与试验结果更相符合的计算结果,是目前硬件条件下潜艇水动力CFD预报比较合适的一种湍流模型。     

滑行艇纵向运动响应与静水航行数值模拟分析

运用CFD软件FLUENT,采用动网格技术,通过编制的运动预报程序求解耦合运动方程,比较滑行艇排水航行、过渡航行、滑行三种不同状态下航行姿态及周围流场情况,分析了滑行艇响应运动过程中重心位置及纵摇角度的变化,并展开对应工况下滑行艇以固定姿态不涉及动网格技术的静水直航数值模拟,将计算结果与运动响应结果比较分析.得出了滑行艇由排水航行状态过渡到滑行状态底部动压力变化.为关于滑行艇水动力性能的研究提供了可靠的计算研究模型.     

90°弯管对潜艇高压气管路沿程压力损失的影响分析

针对潜艇高压气管路中弯管的压降损失及其等效长度计算问题,采用计算流体力学(CFD)方法对90°弯管内超高压气体的流动过程进行了数值模拟。用六面体结构化网格对流动区域进行网格划分,通过直接数值求解由RNG k-ε湍流模型封闭的RANS方程研究管道内部流场形态,得到了弯管内部的压力分布与速度分布并捕捉到二次流的生成和发展过程,计算结果与其他学者开展的数值仿真以及模型实验结果相一致。仿真结果表明,弯管引起的局部压降会较大程度增加管路的总压力损失,进而影响高压气应急吹除效率,在潜艇设计建造阶段必须予以重视,同时也验证了采用RNG k-ε湍流模型模拟弯管内超高压气体流动特性的可行性及有效性。     

湍流模型对大口径射流冲击数值模拟适用性分析

采用数值算法要完全有效地模拟射流冲击换热,合适的湍流模型是十分重要的。本文采用标准k-ε模型、RNG k-ε模型及Realizable k-ε模型对大口径高温高速气体射流冲击换热进行了数值模拟,并将计算结果与试验结果进行比较,分析湍流模型在大口径射流冲击换热数值模拟中的适用性。研究结果对大口径射流冲击换热的数值研究提供参考。     

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。     

基于CFD的M型槽道滑行艇消波特性分析

针对高速船在内河及沿海浅水区域航行时的兴波问题,基于计算流体力学(CFD)理论,选用k-ωSST湍流模型及VOF显式耦合求解算法,对M型槽道滑行艇在浅水域水动力性能进行数值模拟,分析M型槽道滑行艇在浅水区的消波性能。研究表明:M型槽道滑行艇在浅水域有着良好的消波性能,水深越小滑行艇消波效果越好;在浅水情况下航行时,保持槽道顶处于通气状态,能大幅减小滑行艇兴波。     

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。