自流冷却系统引水装置水力性能研究

为提出先进船舶自流冷却系统引水装置的定量设计原则，参照水泵性能描述方法，提出自流扬程的概念，用自流扬程和附加阻力描述引水装置水力性能。基于伯努利方程和边界层方程的计算分析表明，为提高自流扬程，引水装置吸入口应垂直于来流且高于边界层厚度。基于冲量定理进行计算分析并结合三维仿真计算结果表明，为平衡自流能力和附加阻力，引水装置的入口流速与航速之比宜设计在一定区间内。实船计算结果验证了本文设计方法的正确性。     

基于STAR-CCM 的多功能工作艇阻力计算方法研究

本文基于STAR-CCM+,运用平均雷诺数方程和Realizable 湍流模型,对一条宽船型、带有非流线型顶推装置的多功能工作艇的实船模型进行阻力性能预报,将计算的静水阻力与船模试验结果进行对比分析,计算值与实验值吻合良好,并给出了船体周围的流场信息。分析了多功能艇的特殊装置——顶推装置对船舶阻力的影响,发现在低航速时,顶推装置对于剩余阻力的影响较明显,为该船型的快速性优化提供参考依据。     

基于CFD的钻井船月池流场及附加阻力研究

研究了基于CFD方法的钻井船月池流场及阻力性能。针对某阶梯型月池的钻井船,采用定常方法分析其阻力性能,并与模型试验结果进行比较,分析钻井船月池阻力数值计算方法的可靠性;采用非定常方法模拟月池内流体的非定常流动,分析月池附加阻力产生的原因。计算方法及所得出的结论可为具有月池的船舶阻力性能研究提供参考。     

船体阻力数值预报研究及黏性流场计算

采用SIMPLE算法求解不可压缩RANS方程,对KCS船体阻力计算精度进行研究。采用VOF方法捕捉自由液面,采用切割体网格技术划分整个流域。以自由模为例,首先分析边界层划分方式、湍流系数的确定对阻力的影响,为阻力的精确预报提供基础。其次,在合适的网格方式上,提出采用序列二次规划(NLPQL)法建立基于湍流系数的优化系统,以寻找到最适合船体阻力计算的湍流系数。然后,在最合适的网格及计算方法下计算不同航速下KCS船受到的总阻力、船体表面及周围流场分布,讨论约束模和自由模在阻力预报、流场捕捉上的差异,并分别将阻力计算结果与模型试验进行对比,从而验证本文算法的可靠性。本文研究内容能够为船体阻力的精确预报提供一定参考。     

船舶水动力设计的先进计算

描述在静水和波浪中船体周围流场计算的发展概况。研究这种先进的设计和分析工具在计算舰船，货船的，先进的水上运载工具和帆游艇的静水性能，耐波性，波浪诱导的结构载荷和附加阻力等方面的应用。介绍经过修改扩充后的计算方法，并讨论大型固定海上平台的波浪诱导载荷和响应。     

基于CFD的“探索一号”科考船多波束测深仪安装方式研究

论文采用基于RANS方程的数值计算方法,对"探索一号"科考船安装多波束测深仪后的船阻力及多波束测深仪的气泡性能进行数值模拟;给出了多波束测深仪不同安装方案下的船舶阻力性能计算结果,同时结合自由面波形图、船体表面压力图以及流线图对计算结果进行分析;并提出一种气泡性能分析方法——流线监测法,采用该方法对各个方案多波束测深仪的气泡性能进行对比;最终获得多波束测深仪不同安装方案下的科考船阻力性能与多波束测深仪气泡性能之间的关系,为"探索一号"科考船多波束测深仪的安装设计提供技术支撑。     

超大型集装箱船能效设计指数优化研究

采用船型优化方法就超大型集装箱船10 000TEU的能效设计指数(EEDI)进行优化。文中以降低对主机功率的需求、提高能效设计水平为目标,优化该超大型集装箱船的阻力性能。优化时利用平移法和径向基函数方法进行船体曲面重构,并分别采用基于Rankine源非线性势流理论和边界层动量积分计算兴波阻力和摩擦阻力,最后同时使用遗传算法(NSGA-II)和序列二次规划算法(NLPQL)在设计空间中探索满足约束条件的阻力最优船型。结果表明,通过该优化方法获得的最优船型,其能效设计指数优化程度明显,能够满足现阶段IMO对新造集装箱船计及折减系数后的强制要求。     

喷水推进船舶边界层影响系数的计算方法研究

针对喷水推进船舶的边界层影响系数难以计算的问题,提出了一种基于积分运算的边界层影响系数计算方法。将边界层影响系数作为变量处理,通过求解推进泵吸收功率与发动机功率的平衡方程,得到了喷水推进系统的流量,基于流量的连续性定理,计算出喷水推进系统的有效进流厚度。以有效进流厚度为边界条件进行积分运算,最终推导了边界层影响系数的解析计算表达式。通过对某型喷水推进船舶的边界层影响系数进行校核,并通过仿真得到了边界层影响系数在一定推进功率下随速度的变化规律,验证了所提方法的正确性和有效性。     

超大型集装箱船能效设计指数优化研究

采用船型优化方法就超大型集装箱船10 000TEU的能效设计指数(EEDI)进行优化.文中以降低对主机功率的需求、提高能效设计水平为目标,优化该超大型集装箱船的阻力性能.优化时利用平移法和径向基函数方法进行船体曲面重构,并分别采用基于Rankine源非线性势流理论和边界层动量积分计算兴波阻力和摩擦阻力,最后同时使用遗传算法(NSGA-Ⅱ)和序列二次规划算法(NLPQL)在设计空间中探索满足约束条件的阻力最优船型.结果表明,通过该优化方法获得的最优船型,其能效设计指数优化程度明显,能够满足现阶段IMO对新造集装箱船计及折减系数后的强制要求.     

海浪载荷干扰下舰船阻力特性数学建模分析

为了提高舰船纵向角速度计算准确性,缩短阻力特性分析时间,提出在海浪载荷干扰下,舰船阻力特性数学建模分析。建立舰船动力学方程,并对惯性和船体坐标系进行转换,在此基础上,计算稳定风波和规则波干扰力和力矩,构建舰船阻力特性数学模型,计算船舶航行波浪荷载,建立风载控制方程,计算流体惯性力和力矩,得到附加动量和动量矩各分量。实验结果表明,此次研究的海浪载荷干扰下舰船阻力特性数学模型的舰船纵向角速度计算准确性较高,能够有效缩短阻力特性分析时间。     

船舶紧急制动方式之帆帘水止

基于增加船舶附加阻力进行紧急停船的方式,提出一种将船舶帆帘组释放入水中的新型船舶紧急制动方法。基于STARCCM+,运用平均雷诺数方程和Realizable k-ε湍流模型,对船舶采用这一制动方法时的阻力进行预报。通过和不释放帆帘组入水制动工况及主机倒车对比发现,新方案能够为船舶提供大量的阻力,使船舶可以快速制动。再通过计算各速度点下帆帘组内侧面载荷,发现帆帘组帆帘内侧面载荷远远小于现有消防水带材料工作压力,因此现有消防水带材料为新方案的实现提供了进一步可能。     

喷水推进三体船阻力与自航数值模拟研究

建立考虑纵倾角及重心升沉等姿态变化的喷水推进三体船阻力数值计算方法,并与船模拖曳阻力试验进行对比,再开展船模自航试验的数值模拟,分析数值计算与模型试验的误差。通过数值模拟可以进一步得到喷水推进器上各部件的受力情况、泵的流量、扬程及其他流场信息,为研究船体与喷水推进装置的相互作用影响规律以及喷水推进与高速三体船的总体匹配设计提供参考。     

基于船舶阻力计算方法确定浮泥的适航密度值

效仿通过船模阻力试验来界定浮泥适航密度值的方法,提出采用船舶阻力计算方法确定浮泥的适航密度值。基于求解NS方程的CFD方法,建立了模拟浮泥中船舶运动流场的数学模型,模型中浮泥的本构关系用改进的Herschel-Bulkley模型来描述。以连云港航道现场泥样和超大型油船KVLCC2为例,采用所建立的数学模型计算了船舶以不同速度在不同密度浮泥中航行受到的阻力。通过数学手段分析了船舶阻力随浮泥密度变化的趋势,确定该港口航道浮泥的适航密度值为1 210 kg/m3,该值与采用流变试验方法和船模阻力试验方法得到的适航密度值接近,证明了文章提出方法的有效性。     

典型油船船模静水阻力CFD计算策略探讨

选取多艘航运市场常用的典型油船系列船型为研究对象,采用商业软件对其船模静水阻力性能进行数值计算研究,探索针对肥大型船阻力性能数值计算方法.研究中,对全局网格尺度、首尾网格尺度、时间步长和边界层网格高度等参数进行变化调整,确定船舶阻力数值计算中对计算结果影响较大的关键因素,得到计算结果与关键参数之间的变化关系,将计算结果与模型试验结果进行对比分析,总结出相应参数的最佳取值范围,形成针对油船的船舶静水阻力数值计算方法,为今后解决油船船舶阻力数值预报问题做有益探索.     

从设计师观点看船舶性能中的尺度和粗糙度效应

在没有产生势流分离时要确定船体尺度效应，通常对阻力和升力采用两种不同的计算方法。根据不同的雷诺数，可以基于模拟阻力中的粘性部分预报实船阻力。通常，同样傅汝德数的模型升力系数可作为实船的升力系数。文中提出的方法是以这样的概念为基础的，即升力产生是与边界层粘性影响有关。根据这个方法，在给定的傅汝德数和雷诺数的情况下，应用有粘性／非粘性关系的势流、边界层和尾流计算可确定尺度效应。由于采用了特殊的速度分布     

回转体三维绕流场数值计算

提出一种满足主尺度和均衡条件的水滴形潜艇回转体数学描述方法，借助采用k-ε湍流模型和有限体积法来求解RANS方程的方法，对用该数学描述方法生成的一种回转体模型进行了数值模拟计算；采用两层壁面模型，以便在近壁区域采用精细网格来模拟回转体边界层内的流场流动特征。同时，对文献[1]给出的一种回转体模型也进行了数值模拟计算。给出了回转体表面压力系数纵向分布，计算了多种来流速度时不同横剖面处的速度以及表面摩擦阻力系数分布曲线，并与有关文献给出的实测值和计算值进行了比较，证明其分布趋势基本一致，而且与实测值更加接近，从而为水滴形潜艇流场计算和阻力预报提供了一种有效的计算方法。     

仿生机器鱼的快速起动性能研究

基于鱼类快速起动的仿生学研究,建立了仿生机器鱼S形起动的运动方程,对S形起动的鱼体体干曲线波分别进行仿真计算和分析.通过解析鱼体受到的横向摆动流体举力、尾涡反作用力、边界层摩擦阻力和纵向附加质量力,建立快速起动的动力学模型.利用多步态的仿真实验,分析讨论了各起动性能指标的变化情况,并阐明了各运动控制参数对快速起动性能的影响.     

基于非线性规划法的实用船型首部优化设计方法

为了得到阻力性能优良的实用船型,以线性兴波阻力理论为基础,利用非线性规划法探讨最小总阻力船型的优化设计方法.以总阻力为目标函数(其中兴波阻力采用Michell积分进行计算),船体表面型值为设计变量,排水量不减为基本约束条件,再考虑实用船型的附加约束条件,对船体首部形状进行优化研究,得到改良船型.对优化前后的船型再利用Rankine 源法进行兴波阻力数值计算,进一步评估优化后的降阻效果.最后给出了实际船型(集装箱船)的优化计算实例,明显的降阻效果证实了本优化设计方法的可靠性.     

基于阻力性能最优的新型救生装置总体设计

为实现快速救援和提高救援成功率,依据多体船概念设计出一款新型三体式救生装置,这是一种桥连接的三体式救生装置,装置包括前体、侧体和连接桥。在满足快速救援的条件下以阻力性能最优为指标确定新型三体式救生装置的总体设计。其总体设计思路主要是实现快速救援,新型三体式救生装置需同时满足性能和布置上的要求,性能需满足快速性和稳定性,布置需布局合理。采用计算流体动力学(Computational Fluid Dynamics,CFD)仿真方法计算装置的阻力,在数值分析中湍流模型选用重正化群(Renormalization Group,RNG)k-ε。结果表明,内部部件排布位置和配重重量及其排布位置对装置的阻力影响大。给出2个设计方案,比较后得出方案2的设计为最优。     

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.