短波顶浪中KVLCC2船模阻力增加CFD计算研究

波浪中航行船舶阻力增加,特别是短波中的阻力增加,是船舶界关注的焦点之一,也是船舶水动力学界研究的热点之一。论文采用基于RANSE的数值波浪水池技术,针对KVLCC2船型,开展了短波顶浪中船舶阻力增加的数值计算研究。与模型试验结果的比较表明,文中的CFD方法能够相当准确地计算短波顶浪中航行船舶的阻力增加;对船体各部分波浪增阻的分析表明,船体艏段产生的波浪增阻占主导地位,艉段的波浪增阻很小,而平行中体段对波浪增阻几乎无贡献。     

短波顶浪中KVLCC2船模阻力增加CFD计算研究

波浪中航行船舶阻力增加,特别是短波中的阻力增加,是船舶界关注的焦点之一,也是船舶水动力学界研究的热点之一。论文采用基于RANSE的数值波浪水池技术,针对KVLCC2船型,开展了短波顶浪中船舶阻力增加的数值计算研究。与模型试验结果的比较表明,文中的CFD方法能够相当准确地计算短波顶浪中航行船舶的阻力增加;对船体各部分波浪增阻的分析表明,船体艏段产生的波浪增阻占主导地位,艉段的波浪增阻很小,而平行中体段对波浪增阻几乎无贡献。     

基于CFD的船舶不同浪向下运动及增阻数值分析

为分析波浪对船舶快速性和耐波性的影响,必须对波浪中航行的船舶阻力增值进行准确预报。本文基于计算流体力学软件FINE/Marine建立了Wigley船模的数值模型,对不同规则波波长下的船体运动和波浪增阻进行了计算,并与试验结果进行对比,验证了数值模型的可行性与准确性。同时计算分析了船舶在规则波中航行时的波浪增阻与浪向之间的变化关系。通过研究发现：随着浪向角的增大船舶波浪增阻逐渐增加,在60°浪向角时波浪增阻达到最大值,浪向角对波浪增阻的影响较大。本文的研究方法可用于船舶有航速下的不同浪向波浪增阻的数值预报。     

基于RANS/LES混合方法的近岸水域波浪增阻影响的数值模拟

分析船舶在近岸水域航行时所受波浪增阻大小的影响因素，以寻求降低波浪增阻的方法。基于近岸水域中船舶阻力理论，采用雷诺平均（RANS）和大涡模拟（LES）相结合的方法进行数值求解，并运用两相流方法和造波消波技术建立数值水池模型。用Fluent求解器对船舶在不同工况下的波浪增阻进行数值模拟。试验结果表明：用该方法对近岸水域航行的船舶进行波浪增阻的数值模拟可有效提高计算机运算效率，在粗糙网格层面上得到的计算结果精度良好；船舶在近岸水域中航行时的波浪增阻随波高的增加而增加，并且与船体湿润面积呈正相关；船舶在近岸水域以中低速航行时所受波浪增阻随弗劳德数的增加而增加。该研究为近岸水域通航船舶减小航行阻力提供了可行的方法与思路。     

顶浪中船舶水动力计算与运动模拟研究

基于计算流体动力学(CFD)方法建立数值波浪水池,对顶浪中航行船舶的水动力与运动进行数值计算研究。推导出一种船舶在波浪中航行的数值模拟的波浪环境表达方法并进行模拟验证,计算不同航速下顶浪中Wigley-III船模所受的水动作用力,以及顶浪中航行的Wigley-III船模的运动。通过将计算结果与DUT(Delft University of Technology)相关的试验数据进行比较,吻合良好。研究表明:基于数值波浪水池的数值模拟较试验更容易实现和控制,能够获得船体周围详细的流场信息,在波浪中舰船水动力性能与运动的研究等方面具有广泛的适用性。     

高速三体船波浪中运动与增阻CFD计算研究

基于数值波浪水池技术,对波浪中高速三体船运动及增阻进行CFD计算研究。控制方程—RANS方程和连续性方程使用有限体积法离散,非线性自由面采用VOF方法处理;在入口边界模拟柔性造波板运动产生入射波,使用位于波浪水池尾部的人工阻尼区消波。首先对规则波顶浪中单个主船体的运动和增阻进行了计算,并与高速细长体理论计算结果进行了比较;随后进行了三体船运动和增阻计算,分析了侧片体对主船体阻力增加的影响。为高速三体船耐波性研究提供了数值工具。     

基于数值水池的集装箱船波浪增阻数值模拟

船舶在实际航行的过程中,在快速性方面会遭遇波浪使阻力增加而引起失速。为了设计具有优良航行性能的船舶,必须对船舶在波浪中航行的阻力增值给出准确的预报。船舶在波浪中航行的运动响应以及增阻预报涉及复杂的水动力学问题,如何开展准确的数值预报,这是目前国内外学者都在深入研究并力求工程应用的课题。本文对集装箱船进行实体建模,基于Fine/Marine的自适应网格生成技术HEXPRESS功能,数值模拟了规则波浪下,不同航速集装箱船的波浪增阻的变化规律。通过研究发现:在波长l/L_(PP)=1. 0附近垂荡运动响应变化明显,并且增阻系数最大,航速越大波浪增阻系数越大。本文的研究成果为后续船舶波浪增阻的预报以及优良船型的设计提供了有价值的参考。     

改进的预报集装箱船波浪增阻的半经验方法

波浪增阻的精确预报对船舶实际航行的性能分析具有重要意义。论文采用理论的和半经验方法,对集装箱船进行了规则波迎浪航行波浪增阻计算,与试验结果进行了比较,分析吃水和航速影响。理论方法基于水平线段移动脉动源的三维面元法求解速度势问题,进而采用三维船体辐射能量法得到船舶辐射增阻,基于二阶波浪力中绕射势得到绕射增阻;经验方法采用ISO15016-2015推荐的STAWAVE2方法。通过分析两种方法波浪增阻成分占比,得出了不同方法在不同频域段的适用范围。对半经验方法计算波浪增阻的关键参数进行了讨论,结合理论计算结果的趋势,针对集装箱船船型,提出了反映船型特征的预报波浪增阻的半经验方法。     

海浪流场作用下的邮轮实船运动仿真

邮轮推进器的选择对于船舶营运影响重大,为了获得适应真实海况的邮轮,有必要研究风浪流对船舶航行的影响。本文针对大型邮轮在真实海况下顶浪航行的运动响应和阻力变化等问题,基于CFD方法建立了数值波浪水池,对实船尺度下的网格划分依据收敛性进行调整,以JONSWAP海浪谱为基础模拟了不规则波浪的生成与传播,并通过对实尺度船舶在多种海况下顶浪航行的数值模拟得到实尺度船舶在海浪中航行时的阻力值变动及运动响应情况,通过对比分析研究了不同海况对船舶顶浪航行的影响。对实船在真实海况下的仿真与预测为实际邮轮推进的选型提供了依据。     

水线面大开口型工程船的阻力试验和节能措施

文章通过船模试验研究了水线面大开口型工程船的静水阻力和波浪阻力特性。结果显示,水线面大开口型工程船的艏艉开槽大大增加了船体的静水阻力,但对船体波浪增阻的影响却并不明显。同时,用模型试验和实船试验共同验证了此类船舶航行时双舵内偏一个角度能明显提高航速,是一项有效的节能措施。     

短波增阻对船舶失速系数的影响分析

船舶失速系数fw的理论预报较为复杂,仅就波浪增阻这一影响fw的重要因素,选择一条8万t级散货船开展了模型试验研究.试验结果表明,在BF6级典型海况中短波增阻占到船舶波浪增阻的50%左右,由此试验结果分析失速系数fw表明短波增阻对fw的影响可达3%.这一研究表明对于大中型船舶,短波成份是影响波浪增阻的重要因素,需要在模型试验和数值计算中重点关注.     

超大型集装箱船全浪向波浪增阻预报技术研究

随着IMO最小推进功率规范的实施和ISO-15016实船测试航速修正方法的修订改版,波浪增阻研究引起广泛关注,成为当前船舶耐波性领域研究的热点和难点。虽然国际上针对迎浪情况的船舶波浪增阻已开展过较为广泛的研究,但对于斜浪和随浪等全浪向中的波浪增阻预报尚未取得突破性进展。该文首先阐述全浪向中的波浪增阻数值计算与模型试验方法,然后针对2万箱超大型集装箱船开展全浪向中的波浪增阻数值计算与模型试验研究。通过与商业软件和荷兰MARIN水池试验结果的比较,证明数值预报方法有效且计算结果优于商业软件、模型试验方法可行。研究成果可用于船舶在全浪向中的波浪增阻预报,进而可用于实船测试航速修正和最小推进功率规范校核等,具有较好的工程应用价值。     

基于三维辐射能量法的船舶波浪增阻计算分析

船体辐射运动是航行船舶波浪增阻的主要原因。文章基于频域势流理论推导出三维有航速船体辐射能量的具体表达式,其中流体运动速度势的计算采用了移动脉动源格林函数法,进一步根据获得的船体水动力系数和运动计算出航行船舶辐射运动引起的波阻增加,并与基于切片理论的现有方法进行了比较。对Wigley III、S175集装箱船及某型油船三类不同船型在不同航行工况下的波阻增加进行了详细的计算分析。研究表明三维辐射能量法相较于基于切片理论的方法具有更好的准确性和适用性,为船舶波阻增加的预报提供了快速有效的手段。     

基于最小阻力的双体无人船优化设计

为了降低双体无人船在波浪中航行时的阻力,以片体长宽比、片体间距以及重心纵向位置为设计变量,根据均匀设计原理拟定不同的设计方案,运用数值计算方法对迎浪航行状态下双体无人船的静水阻力和波浪增阻进行分析,得出阻力与设计参数之间的关系,基于总阻力最小并计入总布置对船型设计的限制对双体无人船船型方案进行优选,得到波浪中阻力性能较优的方案。     

50 m围网渔船波浪增阻数值模拟

以一艘50 m围网渔船船模为研究对象,采用STAR-CCM软件计算研究其约束运动模型在静水和迎浪情况下的阻力及相关性能。通过船模试验验证了STAR-CCM对渔船静水运动数值模拟的有效性。对渔船船模约束模型在不同波高、不同波长的波浪中的阻力进行计算和比较,研究了纵倾和升沉情况下渔船在波浪中的阻力计算结果的差异,结果表明渔船在波浪中的总阻力计算结果随波高和波长的变化存在一定差异,实际航行中波浪增阻会造成约0.5 kn的航速损失。     

大浪条件下船舶航行阻力估计的数学模型设计

精确估计船舶航行阻力能够有效节省航行燃料,传统的阻力估计模型不能完全考虑风浪对船舶阻力的动态影响,导致模型的估计数值与实际值偏差较大、模型可信度低,不能用于估计风浪对船舶航行的阻力。针对以上问题,研究了大浪条件下船舶航行阻力估计的数学模型,利用插值三次B样条曲线对船舶受力面进行网格划分。积分计算船舶静水航行时受到的静水航行阻力。将风浪对船舶的作用视为动态增阻,以平均增阻量估计船舶受到的风浪阻力。计算静水阻力与动态增阻之和,即为船舶在大浪条件下受到的阻力,完成对模型的设计。在3种风浪条件下,进行与传统阻力估计模型的对比实验。结果表明,设计的模型在大浪条件下估计值与实际值的偏差是传统模型的1/50,即设计的模型估计的数值更精确,模型计算值更可信。     

非定常波形分析的应用研究

本文根据线性理论的基本假设,并应用多点纵切法非定常波形测量与分析的结果,建立了船舶在规则波中迎浪航行时的非定常兴波柯钦函数与船型的关系和波浪增阻影响函数的表达式。柯钦函数的理论计算与波形分析实验结果的比较表明,两者吻合很好。这说明波浪增阻影响函数可以作为高速船舶最小阻力船型设计与改进的基本依据。文中还讨论了增阻影响函数的性征与变化规律。     

基于COMSOL的船体增阻板可行性分析

为研究船体增阻板的有效性和稳定性，采用RANS法探究增阻板的增阻效果，并分析流固耦合作用下增阻板的应力和位移情况。研究表明：数值模拟与经验公式得到的船舶阻力吻合较好，说明COMSOL有限元方法具有一定可行性，可用于预测带有增阻板的船舶阻力；船模在加装增阻板后，船舶的压阻力快速增加，平均增阻率达1 463%，但增阻板与船体接触部位应力较大，容易造成船舶损伤。研究成果可为船体安全评估以及特殊情况下的增阻研究提供一定参考。     

基于NURBS方法的船舶随浪航行纯稳性损失研究

基于NURBS方法研究了船舶随浪航行纯稳性损失问题。首先对NURBS曲线曲面算法和船体表面网格自动化分的原理方法进行了研究,给出了船体表面网格自动化分的算法。随后建立了船舶随浪航行的瞬时平衡方程,通过牛顿迭代法求解该非线性方程,最后编制计算程序,对船舶随浪稳性问题进行计算,分析了波长、波高、浪向角和波浪与船舶的相对位置,以及参数耦合作用对船舶随浪稳性的影响。     

规则波中迎浪航行的三体无人监测船阻力性能及片体布局影响研究

为研究三体无人监测船在迎浪规则波中航行的阻力性能,基于粘流理论建立了三维数值波浪水池,采用非结构四面体网格和六面体结构性网格相结合的网格划分方式,使用流体体积(volume of fluid, VOF)两相流模型,采用FLUENT商业软件完成了三体无人监测船在迎浪规则波中的阻力性能数值模拟,并研究了侧体布置对三体无人监测船阻力的影响.结果表明:在静水中,侧体与主体间距最小时三体船的阻力性能最好;在规则波中,三体船的总阻力随着侧体与主体间距的距离增加而减小,同时三体船的波浪增阻在侧体距离主体间距最小时最大,随着侧体距离主体间距的增加,波浪增阻有明显的减小.