基于响应面的渔船球鼻艏参数分析及多航速自动优化

远洋金枪鱼围网渔船是一种中、高速的作业型船舶,加装球鼻艏并进行优化可以有效降低其兴波阻力。通过一种改造型值的球鼻艏变换方法,由球鼻艏的长度、宽度、高度及尖点高度参数直接生成用于CFD计算的船体型值,可以快速探讨球鼻艏对兴波阻力的影响。兴波阻力的计算采用Rankine源势流理论,运用试验设计方法生成球鼻艏参数对兴波阻力影响的响应面模型。该模型表明,各参数的影响是复杂且耦合的,难以呈现单调的规律性,且在不同航速下其影响规律也有差异。优化球鼻艏的过程选用结合响应面的快速优化方法,通过优化,发现传统的对单一设计航速的优化可能会出现在较低的服务航速下阻力增加的情形,而采用多个航速的阻力优化方法则在设计航速与服务航速下同时具有减阻节能效果。     

海洋科考船艏部线型设计

以3艘海洋科考船为研究对象,采用CFD软件模拟不同艏部线型在经济航速和最大航速下艏部兴波波形和自由液面气泡沿船体曲面下泄轨迹.计算结果表明,球鼻艏线型可明显降低船首兴波波峰高度;安装导流罩可以解决船底宽度不满足多波束设备宽度的问题,但同时会增加船舶阻力并产生紊流;采用一体化隐式球艏线型有较好的兴波阻力性能同时兼顾较强的防气泡能力.     

船体艏部水动力性能优化

提出一种以势流兴波阻力理论Rankine源方法为基础,结合SHIPFLOW软件为计算工具,利用CAD-CFD集成平台FRIENDSHIP-Framework软件进行变形优化,研究船舶的最小兴波阻力型线优化设计的方法,并考察了兴波优化得到的船型总阻力变化情况。在型线优化过程中,以兴波阻力系数为目标函数,排水量变化范围为约束条件,在Wigley船体前端增加一个利用Feature建模技术参数化生成的球艏并调整艏部型线使得船体表面光顺。选取球鼻艏形状的各项参数作为基本设计变量,利用DOE方法对船艏进行优化,获得了设计航速下兴波阻力较小的船型,验证了所提方法进行船艏型线优化的有效性。相应的考察变形及优化前后总阻力变化情况表明:在高傅汝德数情况下增加球艏所带来的粘性阻力的增加小于兴波阻力的减小量,总阻力得到了改善,优化后得到的球艏能在进一步减小兴波的同时减小总阻力。此外,还运用所提方法对3100TEU船型的船艏,利用Delta Shift方法进行变形,在设计航速下,将变形的参数作为设计变量,利用DOE方法进行优化设计。结果显示:在排水量限制范围内当球鼻艏向上向前伸展一定长度时可以降低兴波阻力。与此同时,由于优化前后船体湿表面积变化很小,粘性阻力的变化并不明显,兴波的减小则使得总阻力得到了改善。     

基于Friendship的高速客船特征参数灵敏度分析

对某高速客船利用Friendship全参数化建模软件和SHIPFLOW流体计算软件,在进行多航速的船体艏部兴波阻力优化时,需要将特征参数作为设计变量.通过Sobol优化算法对特征参数的灵敏度进行分析,剔除不灵敏的特征参数,可有效地降低设计空间的维数,从而提高计算效率,节约时间和成本.研究结果具有一定的工程实用价值.     

基于线性兴波阻力理论的三体船中体船型优化

提出将线性兴波阻力帐篷函数法推广应用于三体船的方法。推导出确定侧体构型下的三体船线性兴波阻力帐篷函数法表达式及其中体船型优化的二次规划法计算模型。按该方法对数学三体船和工程应用三体船算例进行兴波阻力计算,将计算结果与模型试验结果进行对比验证,结果表明该方法计算三体船兴波阻力具有足够的精度。采用基于此兴波阻力表达式的中体船型优化二次规划法计算模型,对上述工程应用三体船中体船型进行了兴波阻力减阻优化计算,结果表明中体船型优化获得的兴波阻力减阻效果约达10%。     

基于参数化建模的深拖母船阻力优化

为获得阻力性能优良的船型,以某深拖母船作为母型船,运用参数化建模技术在优化平台Friendship中建立参数化模型,以兴波阻力作为优化目标,先运用全局搜索Sobol算法进行初步优化,再运用局部搜索Tsearch算法进行二次优化,结果显示,优化船型的兴波阻力较母型船明显降低,优化效果良好。将优化结果与CFD软件STAR-CCM+的计算结果以及母型船模型试验结果对比表明,基于兴波阻力的船型优化对于总阻力有一定的降阻效果。     

2200箱集装箱船球鼻首优化

航运业的发展必然伴随着能源的大量消耗,船舶节能减排迫在眉睫,球鼻首型线设计对船舶的节能减排、发展绿色船舶技术意义重大。以2 200箱集装箱船为研究对象,使用CAESES软件对球鼻首部分进行参数化建模,对比参数化前后船体模型的静水力数据,以确保球鼻首参数化之后模型的精确度,集成SHIPFLOW软件,以兴波阻力为目标函数,使用遗传算法对球鼻首参数化之后的船型进行阻力性能优化。结果显示,该船型在设计航速19 kn下进行优化之后,兴波阻力降低了4.137%,总阻力也得到改善,优化之后的船型在低速15 kn时阻力也相对有很大降低。     

基于FLUENT的大型集装箱船航速预报方法研究

根据阻力的三因次分析方法计算船舶航行的阻力成份。采用不同的网格划分和离散算法以及相应的控制方程,使用基于CFD的FLUENT软件平台进行数值求解,处理黏性阻力与兴波阻力的计算结果,实现对实船航速的预报。以大型集装箱船作为算例,将数值计算结果分别同模型试验和实船试验结果进行了比较,结果表明采用该数值计算方法得到的实船航速预报结果可达到工程设计应用的精度。     

散货船纵倾减阻及其成因分析

船舶纵倾优化作为一种有效的节能减排技术已越发受到人们的关注。为了研究船舶纵倾优化过程中纵倾调整对船舶阻力变化的影响,采用计算流体力学方法(Fluent软件)运用RANS方程加VOF自由面模型的方法求解了180000DWT散货船在不同纵倾状态下的阻力数值和流场信息,将阻力计算结果与模型试验结果进行对比,验证数值计算的准确性。比较不同纵倾状态下阻力值,得到船舶设计状态阻力随纵倾变化规律。进一步运用Euler方程加VOF自由面模型的方法求得兴波阻力,总阻力减去兴波阻力即为粘性阻力,结合流场细节分析和比较,获得船舶纵倾优化过程中总阻力变化的主导因素。本文研究对于纵倾优化技术在散货船型上的应用具有积极的指导意义。     

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.     

穿浪双体船兴波阻力数值计算

利用基于面元法的船舶兴波阻力和兴波波形的势流计算方法,将CFD与CAD技术联系在一起,数值计算高速穿浪双体船的兴波阻力与兴波波形。兴波阻力的计算与实船的剩余阻力曲线趋势符合,对实船船型参数的选择和优化有一定的指导意义。     

基于Michell理论的多体船阻力计算

利用Michell线性兴波理论,从单体船的波谱函数出发推广到多体船,推导了多体船兴波阻力计算公式,并将计算结果与试验结果进行了比较,计算兴波阻力结果可以反映试验趋势,有效马力比较接近于试验结果,可以为多体船的方案优选提供依据.     

三体船兴波阻力计算研究

针对高速三体船的兴波阻力,考虑到船舶设计工作中阻力预报的特点,探讨了三体船兴波阻力计算的2种方法。然后将2种算法的计算结果和船模试验结果进行比较分析,得到了一些有意义的结论。结果显示本文方法是行之有效的,2种方法可用于三体船设计的不同阶段。     

改进Sobol’方法在船型优化模型中的应用

针对船型优化中采用更多的优化变量有可能带来"维度灾难"的问题,通过灵敏度分析确定不重要的变量并降维来缓解该问题。介绍以往提出的改进Sobol’方法,利用该方法对某集装箱船兴波阻力优化模型进行灵敏度分析并降维。为减少分析的计算量,对该船型优化模型构建Kriging模型。对优化模型降维前后的优化过程、最优解及其波形和型线进行对比。结果表明:降维后优化模型收敛更快,最优解兴波阻力系数仅增大0.15%,采用改进Sobol’方法进行降维,能在保证最优解质量的同时,提高优化效率。     

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。     

小水线面双体船兴波阻力数值仿真研究

建立小水线面双体船的基本计算模型,分别改变片体吃水、主体长径比、片体间距、支柱长度和支柱与主体最大横剖面间纵向距离,采用SHIPFLOW软件对兴波阻力系数进行数值仿真计算。根据计算结果,分析各船型要素对兴波阻力系数的影响规律,为小水线面双体船的船型设计提供参考。     

50m围网渔船波浪增阻数值模拟

采用STAR-CCM软件,以一条50m围网渔船船模为研究对象,分别计算研究了其约束运动模型在静水及迎浪情况下的阻力及相关性能。通过船模试验验证了STAR-CCM对渔船在静水运动中数值模拟的有效性。对渔船船模约束模型在不同波高和波长的波浪中阻力进行了计算和比较,研究了在考虑纵倾和升沉的情况下船舶波浪中阻力计算结果的差异,并讨论了波高和波长的变化对船舶波浪中总阻力计算结果的影响。     

模糊混沌算法及其在船舶性能或结构特性综合优化的应用研究

将限界搜索模糊优化与混沌算法复合构成限界搜索模糊混沌算法,并将其应用于大中型船舶性能或结构特性综合优化计算分析中.建立了以加权和形式为目标函数的综合优化数学模型,编制了计算软件,进行了大量对比计算.计算结果表明:这些优化方法和计算软件界面友好、可靠性和计算效率高,并且具有较高的实用性,运用于大中型船舶性能或结构特性综合优化是切实可行的;对于大中型船舶方案或初步设计也有使用价值.     

一种快速评估方法在船舶线型优化中的应用

采用一种势流兴波数值优化方法与RANS求解器的优化结合的方法对某中速船的首部进行线型优化,以便使其速度达到设计要求.经过多轮数值优化试验,取得一个优化方案.最终的优化方案经模型试验验证,总阻力下降约2.7%,预报航速提高约0.4kn.