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。     

基于波浪增阻的长球首球尾双体风电维护船仿真研究

根据中国海上风电场维护船的使用要求和航行的环境特点,本文选取快速性和耐波性良好的长球首球尾双体船作为风电维护船船型。利用基于CFD的数值仿真方法模拟长球首球尾双体风电维护船在波浪中的纵摇和升沉运动,计算其波浪增阻。研究球首球尾长度和片体干扰对长球首球尾双体船在波浪中阻力性能的影响,为球首球尾双体船以及风电维护船的船型设计与优化提供参考。     

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。     

基于CFD的规则波顺浪数值水池模拟

基于CFD（ Computational Fluid Dynamics）和粘性数值波浪水池技术,对顺浪航态的规则波波浪环境进行数值模拟,采用边界造波法进行波浪生成,VOF（Volume of Fluid）法模拟自由面。本文改进了传统的基于规则波的顶浪数值模拟方法,在特定波浪、不同航速条件下进行了顺浪航态的数值水池模拟。根据模拟呈现的动态效果,以及与Matlab仿真结果的对比,对试验的准确性进行验证。     

考虑粘性的三体船非线性横摇预报研究

三体船主体与侧体之间的流动干扰以及舭龙骨等附体造成的漩涡分离,使其在波浪中运动时的横摇非线性效应更加强烈而复杂。应用CFD方法模拟某典型三体船在静水中的衰减和强迫横摇运动,得到非线性横摇阻尼并分析其变化规律。应用等效线性化原理修正并求解基于三维线性势流理论建立的横摇运动方程。研究结果与模型试验比较后得出,采用粘性流CFD方法并结合三维势流理论可较准确地预报三体船的非线性横摇阻尼和波浪中的横摇运动。     

基于CFD的规则波顺浪数值水池模拟

基于CFD(Computational Fluid Dynamics)和粘性数值波浪水池技术,对顺浪航态的规则波波浪环境进行数值模拟,采用边界造波法进行波浪生成,VOF(Volume of Fluid)法模拟自由面。本文改进了传统的基于规则波的顶浪数值模拟方法,在特定波浪、不同航速条件下进行了顺浪航态的数值水池模拟。根据模拟呈现的动态效果,以及与Matlab仿真结果的对比,对试验的准确性进行验证。     

海上长球首球尾双体风电维护船波浪增阻研究

为研究不同球首球尾长度双体风电维护船在波浪中的阻力性能,基于CFD技术,探究适用于双体船运动响应和波浪增阻的数值计算方法。通过与试验结果的对比分析,在计算域设定和网格尺寸方面提出适用于双体船的计算方案。利用此方法计算不同球首球尾长度双体风电维护船的升沉与纵摇以及波浪增阻,为球首球尾双体船以及风电维护船的船型设计与优化提供参考。     

海上长球首球尾双体风电维护船波浪增阻研究

为研究不同球首球尾长度双体风电维护船在波浪中的阻力性能,基于CFD技术,探究适用于双体船运动响应和波浪增阻的数值计算方法.通过与试验结果的对比分析,在计算域设定和网格尺寸方面提出适用于双体船的计算方案.利用此方法计算不同球首球尾长度双体风电维护船的升沉与纵摇以及波浪增阻,为球首球尾双体船以及风电维护船的船型设计与优化提供参考.     

以Rankine源三维面元法求解三体船纵摇与升沉运动

为对三体船的纵摇与升沉运动进行分析,将三维面元法用于三体船在波浪中的纵摇和升沉计算。依据Rankine源格林函数,基于有航速势流理论建立理论计算模型和数值计算方法,对数学三体船型纵摇、升沉运动响应进行计算,并对计算结果规律进行分析。同时,还对其数值进行模型实验验证。根据计算结果,针对侧体布局对三体船在波浪中纵向运动的影响进行了分析。     

基于波浪增阻的长球艏球艉双体风电维护船研究

根据中国海上风电场维护船的使用要求和航行的环境特点,选取快速性和耐波性良好的长球艏球艉双体船作为风电维护船船型。利用基于CFD的数值仿真方法模拟长球艏球艉双体风电维护船在波浪中的纵摇和升沉运动,计算其波浪增阻。研究球艏球艉长度和片体干扰对长球艏球艉双体船在波浪中阻力性能的影响,为球艏球艉双体船以及风电维护船的船型设计与优化提供参考。     

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.     

基于CFD方法的舰船顶浪运动响应幅值算子计算

基于计算流体力学(CFD)方法,给出了舰船在波浪中运动的数值模拟方法,采用边界造波法生成了精确的三维规则波浪,实现了DTMB 5512船模在2种不同波高规则波中顶浪运动时的垂荡及纵摇耦合运动数值模拟,求取了垂荡及纵摇运动的响应幅值算子,通过船模水池实验数据及势流理论方法验证了数值模拟方法的精确性.     

随浪规则波中ONR内倾船纯稳性丧失黏流模拟方法研究

纯稳性丧失作为5种典型的船舶在波浪中运动失稳的模式之一，是波峰位于船舯时复原力显著减小而导致船舶大幅横摇甚至倾覆的运动失稳现象。论文采用STAR-CCM+商业软件，模拟全附体ONR内倾船在随浪下的纯稳性丧失现象。数值模拟中采用重叠网格技术实现船-桨-舵耦合的多体运动求解，通过速度边界条件进行造波，采用欧拉叠加模型进行消波，考虑了实船螺旋桨的旋转因素，对舵进行自动控制来实现航向的稳定。模拟了ONR内倾船在不同航速下发生纯稳性丧失导致大幅横摇甚至倾覆的过程，并与试验结果进行了对比，最大横摇幅值的计算值与试验值趋势一致。分析了在不同航速下舭龙骨、桨、舵等附体力和力矩的变化。论文建立的CFD数值模拟方法，为更加细致地分析波浪中纯稳性丧失的运动现象提供了技术支撑，为后续势流方法中的螺旋桨、舵等附体力学模型的改进提供了参考。     

铝合金穿浪双体船波激振动响应计算研究

对穿浪型双体船在波浪中航行时的受载状况进行研究,采用规则波理论计算其所受波浪外载荷。利用有限元法建立了铝合金穿浪双体船波激振动响应数值计算模型。基于水弹性理论,采用所建立的数值模型对某全铝合金穿浪双体船高海情试验进行了数值模拟,将数值模拟结果与实船试验数据进行了比较,证明本文方法可靠。进行了该船受6级海况波浪激励的振动响应计算,发现全铝合金穿浪双体船波激振动位移响应较大,远大于常规单体船。还发现高海情中航行时的波激振动应力响应值亦较大。     

船舶运动状态下舵附推力鳍水动力性能分析

采用基于RANSE的数值波浪水池技术和数值拖曳水池技术,针对75 000 t船模型开展带有纵摇和横摇运动的自航CFD模拟研究。首先进行静水中的船模阻力和自航CFD模拟,通过与模型试验结果比较,初步验证了文中的CFD模拟方法 ;随后开展不同运动状态下是否带有舵附推力鳍的船模自航CFD模拟,并对该种状态下的船模阻力、运动响应以及船后螺旋桨的推力和扭矩等进行分析,获得相关变化特性。该项研究对于运动中船舶快速性研究和预报等,具有较好的指导意义和参考价值。     

数值波浪水池与排水型高速船波浪增阻计算方法研究

基于CFD技术对三维数值波浪水池以及排水型高速船波浪增阻进行计算研究。采用在水池入口处模拟波浪速度的方法造波。水池尾部采用人工阻尼结合稀疏网格消波,自由面采用VOF方法处理,采用动网格技术结合运动控制程序模拟船舶的纵摇与升沉运动。对规则波中迎浪前进的Wigley III船模和Model 5b船模纵摇与升沉运动以及波浪增阻进行计算并与试验值进行比较、分析,为排水型高速船波浪增阻的计算提供参考。     

小水线面双体船耐波性能CFD不确定度分析

基于ITTC推荐的CFD不确定度分析规程,开展基于RANS方程的小水线面双体船(SWATH)波浪中纵向运动计算结果的不确定度分析。分别验证计算模型的网格收敛性和时间步长的收敛性,发现相比于网格的疏密,该数值求解模型对于时间步长更为敏感。通过与试验数据进行对比,计算结果基本得到确认,并由此建立了顶浪规则波中SWATH船纵向运动数值计算结果的确认等级。在此基础上,进一步开展了该SWATH船在2个波高多个波长条件下的运动求解,计算结果均与试验结果吻合较好,说明所采用的数值计算模型对于求解SWATH船在波浪中的运动问题具有较好的适用性和可靠性。     

两船并靠状态下的运动响应数值模拟研究

针对两船并靠工况复杂,各种运动相互间存在耦合的情况,基于三维势流理论和波浪的辐射/衍射理论,应用多体水动力学软件,建立了船体、护舷和缆绳的模型,开展了两船在风、浪、流作用下的运动响应数值模拟。模拟结果可作为并靠方案设计和优化的参考依据,也可为两船并靠状态下的护舷力学性能计算提供支撑。     

三体船横摇模型试验及其特性分析

三体船在波浪中的横摇特性和优点是三体新船型研发的技术支撑,采用模型试验和理论分析相结合的方法,对三体船横摇运动特性进行探讨。开展三体船静水横摇、正横浪零速波浪横摇模型试验,得出三体船线性、非线性阻尼假设下的横摇阻尼、频率响应和周期。通过横摇响应曲线的分析和对比,得出三体船不同侧体位置下波浪中横摇附加惯量、阻尼和运动响应、周期特性,以及侧体位置对以上各横摇特性影响的规律。研究表明：三体船横摇阻尼远大于常规单体船,而横摇运动幅值响应远小于常规单体船;侧体的横位置对三体船横摇具有显著影响,侧体纵向位置对横摇影响很小。综合考虑运动响应和横摇周期,在不规则波中三体船的横摇比常规单体船缓和得多。     

基于雷达测波现实方向谱的船舶三自由度摇荡研究

X波段测波雷达是一种船载海浪场测量仪器。基于其提供的方向谱数据,利用CFD技术,构建三维数值波浪水池,模拟了船舶垂荡、横摇、纵摇三自由度运动。数值模拟过程中,采用网格整体移动法,避免了大幅运动下解的发散。利用姿态测量仪器对目标船海上实际运动情况进行记录。数值模拟结果同海上实测数据进行谱分析比较,二者吻合良好。