中低速船底部断阶对流场和阻力的影响

为分析断阶对船舶流场及阻力性能的影响,针对一条中低速船舶在断阶位置、断阶高度不同,不计自由面影响且船舶无攻角条件下,采用有限体积法和SIMPLEC算法,耦合求解Navier-Stokes方程和连续性方程。采用SSTk-ω两方程模型,压力采用标准格式;动量方程、雷诺应力封闭方程均采用二阶迎风格式。计算结果与原型船模的对比性分析显示:与原型船模相比,断阶导致船模总粘性阻力均略有增加,断阶位置下游一定范围内的船体壁面切应力以及压力系数均有所增加;断阶高度为船舶吃水的0.037 5%与0.025%相比,断阶高度小阻力增幅小;与14站处断阶相比,位于13站处的断阶方案的船模总阻力系数较大。     

基于Verification & Validation的断阶双M船减阻机理分析

为研究断阶对双M船阻力性能的影响,对一标准数值方程的双M船进行改造,分别在距船艉0.5L和0.25L处设置断阶,得到4型双M船;通过改变船体表面网格尺寸,得到4种不同密度的网格方案,采用ITTC数值计算的V&V(Verification&Validation)方法,结合试验数据,进行网格收敛性分析,得到最佳网格方案。采用该网格方案,分别对这4型船从体积弗劳德数0.526到5.260的静水直航2自由度运动进行数值模拟。结果显示,在超滑行阶段的阻力与纵倾角有：无断阶>单断阶>双断阶。断阶的减阻机理在于断阶结构改善了艇底压力分布,提高滑行效率,以及使槽道中的水气混合物更易于吸入断阶,在滑行面上形成气膜,从而达到减阻目的。     

断阶对超高速气动增升船水气动力特性影响的数值研究

为了探索断阶对超高速气动增升船水气动力特性的影响,利用基于FVM的STAR-CCM+软件分别模拟了有无断阶的超高速气动增升船模型在不同航行工况时的直航运动。基于计算结果,分析了断阶的作用机理并提取了断阶对超高速气动增升船水气动力、航行姿态、艇底浸湿的影响规律。结果表明：设置断阶使得高航速下的阻力性能得到了明显改善,最大减阻效果为33.7%;断阶对气动增升率的影响主要体现在船宽傅汝德数Fr>4.04的高速航速下,在最大航速下,断阶模型的气动增升率提升了约16.7%。     

限制水域船舶升沉与纵倾研究

基于非线性浅水波理论,利用有限差分法对Wigley、泰勒系列60等船型的压力分布及升沉与纵倾进行了数值计算与结果验证,并进一步考虑限制水域阻塞效应影响,计算了四种阻塞系数下船舶的升沉与纵倾随水深弗劳德数的变化曲线,综合分析了亚临界、超临界航速下阻塞效应对船体升沉与纵倾的影响特点。在亚临界航速时,主要发生船体下沉现象,随着航速增大,阻塞效应将引起船体更大下沉;在超临界航速时,主要发生船体纵倾现象,随着航速增大,船舶升沉与纵倾逐渐趋于稳定;在近临界航速时,阻塞效应影响最大,使得船体周围压力变化复杂,反而引起船体纵倾变小,且出现上升现象。     

离散格式和网格数量对过渡型艇粘性阻力的影响

采用对比性数值分析方法研究高速气泡船减阻效果，针对某优良过渡型艇，为喷气需要预先进行断阶，不计自由面影响，采用有限体积法和SIMPLE算法，湍流模型为k-ε两方程，耦合求解N-S方程和连续性方程，数值分析不同离散格式、不同网格数量对艇体在不喷气状态下遭受的特性阻力影响。计算结果显示：二阶迎风格式比一阶迎风格式数值结果与试验结果符合较好；网格数量达到95万，计算结果与试验结果符合较好。     

断阶滑行艇喷气减阻机理研究

本文通过艇底流态显示、艇体运动姿态及阻力测量，研究了滑行艇艇底喷气对流场、阻力等的影响规律。断阶稍前处喷气引起总阻力和浸湿面积的大幅减少，喷气所减少的阻力成分为摩擦阻力，喷气对剩余阻力的影响甚微。     

双断级滑行艇阻力性能优化方法

阻力性能是双断级滑行艇水动力性能最为重要的内容之一,本文提出一种基于CFD模拟的优化方法,结合艇底斜升角、断级高度、断级总长等因素对某双断级滑行艇进行了静水阻力优化及试验验证。结果表明:CFD计算值与模型试验结果吻合度较高,各因素对艇体阻力均有较为明显的影响,断级高度和断级总长的增大一定程度地增强了双断级滑行艇的滑行效率。优化研究实现了双断级滑行艇阻力系数R/?低于0.25的技术指标,验证了基于CFD的优化方法的可靠性。     

双断级滑行艇阻力性能优化方法

阻力性能是双断级滑行艇水动力性能最为重要的内容之一,本文提出一种基于CFD模拟的优化方法,结合艇底斜升角、断级高度、断级总长等因素对某双断级滑行艇进行了静水阻力优化及试验验证。结果表明:CFD计算值与模型试验结果吻合度较高,各因素对艇体阻力均有较为明显的影响,断级高度和断级总长的增大一定程度地增强了双断级滑行艇的滑行效率。优化研究实现了双断级滑行艇阻力系数R/▽低于0.25的技术指标,验证了基于CFD的优化方法的可靠性。     

船体形状因子的数值分析

进行低速下的船舶缩尺模型的阻力试验,将总阻力视为黏性阻力,获得船体形状因子(1+k),用于实船总阻力的预报,考虑到在低速下仍会存在兴波阻力的影响,采用商业CFD软件以叠模的数值模拟方法分别对某KCS、散货船、高速单体船船模进行船体形状因子的计算,并将数值模拟结果与模型试验获得的船体形状因子进行对比,结果表明,采用数值模拟的方法获得船体形状因子是可靠。     

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。     

舷外挂机高速滑行艇艇底断阶对推进效率的影响

国内外有关实践证明，对于舷外挂机高速滑行艇而言，设置艇底断阶可以降低阻力，提高螺旋桨推进效率，最终艇的航速有明显提高。     

基于RANS法和边界层理论预报三维船体阻力

基于船体阻力成因和分类,应用二因次RANS法并结合EFD技术为研究手段,研究了船体各阻力成分和兴波波形,考虑边界层第一层网格高度对数值计算结果的影响,通过数值模拟计算和兴波波形比较,分析表明第一层网格无量纲高度y+值充分影响数值结果精度,总阻力在高傅汝德数下其数值误差有增大趋势,同一航速下摩擦阻力值随y+增加略微增大,剩余阻力值却明显减少,且自由面兴波随傅汝德数增大首部波高愈发明显,船中及尾部区域兴波向外扩散,船首尾肩部开尔文波系明显且波峰后移,其趋势与EFD波形一致,具有实用性。     

浅水效应下的船体下沉与纵倾研究

为明确受限水域、浅水域以及浅水效应三者之间的关系,在给出受限水域类型、浅水域概念、浅水效应特点的基础上,明确了三者的因果关系,确立了本文的研究内容与研究方法。为准确计算浅水效应所引起的船体下沉量以及纵倾变化,本文运用傅汝德相似定律引入阻力傅汝德数与水深傅汝德数对深水域和浅水域中船体下沉量以及纵倾变化做了理论分析,并从流体力学角度阐述了船舶操纵性能以及运动状态在受限水域中发生的变化。从理论分析结果可以得出浅水效应对船体下沉量以及纵倾变化影响更为剧烈,船舶操纵性变化较大。本文对浅水效应影响下的船舶运动特性以及船舶操纵要领有一定的理论指导意义。     

外加电流阴极保护（I．C．C．P）系统在船舶的应用——浅析I．C．C．P的日常管理

当船舶航行时,水与船体表面发生摩擦而产生一种阻止船舶前进的力,称为摩擦阻力。在船舶的水阻力中,一般低速船舶的摩擦阻力约占总阻力的80％,高速船舶的摩擦阻力约占总阻力的40％。而摩擦阻力会随着船体表面逐渐附着一些海生物和受到腐蚀使粗糙度增加而增大船体阻力。     

船舶几种浮态下阻力的数值计算方法

商船会因装载不同而吃水大幅增减,舰艇会因战损而出现严重纵横倾,如何在浮态急剧变化时估算船舶的快速性,是一项具有普遍意义的课题.为了解决上述问题,采用计算流体力学方法对某型船模进行了大量计及自由表面的不同浮态下的阻力数值计算,在深入分析船体浮态改变时影响船舶阻力诸因素的基础上,对数值计算结果进行了研究,推导出船舶吃水、纵倾和横倾变化时的阻力估算公式.据此进行的数值计算结果与水池试验结果对比,吻合良好,从而验证了提出的计算模式的可行性,为解决船舶任意浮态下的阻力计算问题提供了新的思路.     

大型浮吊船体全回转起吊作业的稳性研究

基于对某超大型海上起重浮吊船体在静水和波浪中的完整稳性的计算分析,研究了在不同浪向角下全回转起吊作业的完整稳性,探讨了波浪对静稳性力臂GZ曲线、横摇纵倾及初稳性高度等稳性要素的影响,并提出衡量大型浮吊船体在波浪中稳性的几点建议.     

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。     

浅水航道对标准船模KCS的影响研究

基于流体软件STAR-CCM+,应用欧拉多相流、VOF波、6-DOF等物理模型和K-Epsilon湍流模型,分析了不同水深条件下KCS船模的阻力及粘性绕流场的特性。通过改变数值水池水深,比较了深水状态与浅水状态下的阻力差异;分析了浅水中船舶周围的粘性绕流场分布情况。研究发现:随着水深减小,浅水效应对船体阻力的影响显著,流速增大,压力降低,船体下沉,吃水增加,阻力增大;船体兴波波幅增加明显,作用面扩大,兴波阻力增大。     

航行于碎冰区船舶冰阻力与冰响应探析

[目的]为了分析冰区航行船舶与碎冰之间的相互作用,[方法]运用离散元模型结合欧拉多相流,对船舶在碎冰区域航行时船体与碎冰之间的相互作用关系进行探索。计算不同航速、不同碎冰密集度下船体的受力情况,并对冰船接触冰时的运动响应进行分析,从直观上解释碎冰阻力的变化原因,以及桨前来冰的运动情况。[结果]得出船体所受冰阻力主要是由碎冰与船体表面的摩擦和碰撞产生,并随航速的增大而增大,但当航速增大到一定值后,碎冰阻力不再增加,甚至还有减小的趋势。[结论]研究的工作可为冰区船型优化及其螺旋桨设计提供理论支撑。     

气泡高速艇波浪中阻力及纵向运动模型试验研究

在高速拖曳水池里,开展了气泡高速艇规则波中阻力及纵向运动模型试验,研究了气流量、艇型、艇底开槽等因素对气层减阻率及艇体纵向运动性能的影响。结果表明:艇底形式对波浪中的气层减阻率有重要影响。艇底设置断阶时,在短波中减阻率为5%,长波中的减阻率达20.5%;艇底开槽时,在试验波长范围内,减阻率可达30%左右;对本身具有良好喷溅抑制作用的艇型,艇底直接喷气减阻率为8%,且不受波长变化的影响。艇底气层对纵向运动性能影响较小,长波中还略有改善;艇底槽深主要影响不喷气时的阻力,对饱和喷气下的阻力影响甚微。