浅水中船舶水动力特性数值计算

本文对浅水中船舶水动力特性进行数值计算研究.采用RANS方程结合RNG K-ε两方程湍流模型,对一方形系数0.6的系列60船模在浅水中的阻力、升沉、纵倾和兴波进行数值计算,其中自由面采用VOF方法处理;计算中,水深Froude数范围0.6～1.8,包含了临界和超临界水深Froude数.数值计算得到的阻力、升沉和纵倾与模型试验结果及采用三维扩展Boussinesq方程的计算结果进行了比较分析,吻合较好,部分计算结果得到改进.     

浅水航道中门桥水动力特性数值计算

本文针对浅水航道中门桥的水动力特性进行数值模拟研究,采用RANS方程结合RNGκ-ε两方程湍流模型,对一门桥模型在不同水深航道中的阻力、升沉、纵倾和兴波进行数值计算,其中自由面采用VOF方法处理.数值计算时,使用有限体积法离散控制方程,对流项采用二阶迎风格式,扩散项采用中心差分格式.计算结果表明:在Fd＜0.6时,水深对门桥的水动力特性影响很小,仅对升沉有一定影响;而随着Fd增大,门桥的阻力、升沉、纵倾及兴波等水动力特性都将发生变化,且水深越浅,表现越明显.     

船舶多自由度斜航运动水动力数值研究（英文）

计及多自由度运动的船舶斜航水动力预报对船舶航行安全具有重要意义。文章通过耦合求解船舶运动方程和雷诺平均N-S方程,并采用VOF方法和高精度自由面捕捉技术对作多自由度斜航运动船舶的粘性绕流场进行数值模拟。船舶动态平衡位置根据计算出的力和力矩来决定,得到包括升沉、纵倾和横倾在内的船舶浮态。文中采用的算例与爱荷华大学进行的模型试验相同,通过比较数值计算结果和试验值验证了该方法的有效性。对船模在受约束和自由运动两种状态下的船舶运动和流场进行模拟,通过比较分析船舶升沉、纵倾和横倾的影响。文中计算获得的详细流场细节特征,包括前体和舭部的涡以及船体表面上的压力,有助于理解船舶斜航运动浮态变化的机理。     

船舶多自由度斜航运动水动力数值研究

计及多自由度运动的船舶斜航水动力预报对船舶航行安全具有重要意义。文章通过耦合求解船舶运动方程和雷诺平均N-S方程,并采用VOF方法和高精度自由面捕捉技术对作多自由度斜航运动船舶的粘性绕流场进行数值模拟。船舶动态平衡位置根据计算出的力和力矩来决定,得到包括升沉、纵倾和横倾在内的船舶浮态。文中采用的算例与爱荷华大学进行的模型试验相同,通过比较数值计算结果和试验值验证了该方法的有效性。对船模在受约束和自由运动两种状态下的船舶运动和流场进行模拟,通过比较分析船舶升沉、纵倾和横倾的影响。文中计算获得的详细流场细节特征,包括前体和舭部的涡以及船体表面上的压力,有助于理解船舶斜航运动浮态变化的机理。     

DTMB 5415船绕流场数值研究

本文以DTMB 5415船为研究对象,应用基于URANS方法的CFD方法进行DTMB 5415船设计状态下船舶绕流场研究,其中湍流模型应用SST模型,自由液面捕捉应用VOF方法;应用CFD方法对船舶阻力性能、自由表面兴波、船舶螺旋桨盘面处的标称伴流场以及尾部轴向速度场等进行数值模拟与分析;将设计状态下DTMB 5415船绕流场数值模拟值与实验值对比,其船舶阻力、自由表面兴波、螺旋桨盘面标称伴流场等的良好吻合证明了网格与数值方法的正确性。本文还对船舶尾部不同截面绕流场边界层厚度以及整船边界层分布进行了研究且与实验值进行了对比。     

非线性兴波数值方法在高速三体船侧体布局方案比较中的应用

为使三体船侧体布局方案阻力性能比较更加可靠,对单体船非线性自由面边界条件的兴波阻力预报程序进行改进,成功开发了考虑升沉和纵倾影响的三体船非线性兴波阻力预报程序,对15种侧体布局方案的Wigley三体船兴波阻力进行计算,并将其与线性薄船理论计算结果、线性自由面条件的Dawson型方法计算结果、模型试验结果进行比较,表明非线性兴波阻力数值方法能够更好地反映三体船兴波阻力特性,用于三体船侧体布局优化设计时较其他2种数值方法更加可靠.     

基于Rankine源高阶面元法的船舶航行姿态与兴波阻力计算

针对航行船舶的兴波阻力和姿态预报,采用Rankine源高阶面元法求解船舶航行兴波问题。计算时采用叠模线性化自由面条件,对自由面影响系数奇异积分采用源点上置的方法处理,物面奇异积分和立体角则直接求解。就数学船型Wigley、S60和KCS集装箱船的航行兴波阻力与姿态分别进行了数值计算与分析,计算中根据姿态变化重新划分船体湿表面,进行迭代计算,不同航速下的姿态、兴波阻力和船侧波高与试验结果比较,吻合良好,自由面波形真实反映了物理现象,研究表明本文方法能准确地预报船舶航行姿态和兴波阻力,对不同船型和航行速度有着广泛的适用性。     

粘流中舟艇水阻力与自由面流场的数值计算

基于粘流理论研究了舟艇的水阻力与自由面流场.数值计算中,控制方程为完整的N-S方程,并采用κ-ε两方程湍流模型封闭雷诺方程,对自由表面的追踪采用VOF方法.为验证本方法的正确性,以系列60船模进行了考核,得到了不同航速下的船体水阻力、自由面流场和相应的粘性阻力系数.并把计算结果与已发表的试验结论及其他计算结果做了比较,结果表明,本文的计算方法是可信的.     

斜流中船舶水动力及伴流场数值预报分析

船舶的斜航状态会造成船尾伴流场不均匀,使螺旋桨桨叶承受周期性的变化力,降低螺旋桨性能并导致空泡现象恶化和船舶振动.为预报斜航状态下船舶水动力及船尾伴流场,采用混合网格技术,利用RANS方法和VOF模型,考虑自由液面的影响对KCS船开展了直航和斜航状态下数值预报分析.首先对船舶直航状态进行数值分析,得到的结果与试验结果比较接近,进而对船体在斜航状态下进行了数值模拟.结果表明,漂角的存在会对船舶阻力产生较大影响,且对球首底部和船尾舭部压力分布影响较大,导致兴波阻力增大,船尾伴流场均匀性变差,对螺旋桨激振力不利.     

GONDOLA型多波束附体对船舶阻力性能的影响

文章采用数值模拟的方法对船舶光体、光体+多波束附体分别进行了模拟计算。收敛后提取典型航速下的自由面兴波图及表面流线图、不同航速下的模型阻力值等,然后对模型阻力进行汇总及实船换算,得出船舶阻力数据表,绘制船舶阻力曲线图。本研究成果很好地说明了数值模拟方法在流场信息表达及船舶阻力预报方面的优势,多波束附体对船舶阻力性能的影响,为船舶快速性设计及多波束附体线型优化提供了依据。     

静水中自由船模拖曳CFD模拟方法研究

基于BANS方程结合VOF处理自由面,建立了自由船模拖曳的数值模拟方法,并用于数条水面船模阻力的数值计算.数值模拟结果与模型试验的比较表明:在全Fr范围内,阻力数值计算结果与模型试验相差2%～3%之内,较拘束模计算准确度大为提高;兴波计算结果同样有明显改善;船模姿态的计算结果与模型试验也比较接近.建议在进行中高速水面船自由面绕流问题的数值计算时,使用自由模方法模拟.     

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。     

箱形船水动力特性的数值计算

本文采用RANS方程和RNGκ—ε二方程湍流模型对带自由表面的箱形船的水动力特性进行数值计算。数值计算时，使用有限体积法离散控制方程，对流项采用二阶迎风差分格式，扩散项采用中心差分格式，对一艘方形系数为0．95的箱形船进行一系列速度下流场、阻力、兴波、下沉和纵倾的数值计算，并与在中国船舶科学研究中心拖曳水池进行的模型试验进行全面的比较，结果令人满意，是自由面绕流的数值计算在箱形船这样特殊的船型上的成功尝试。     

侧体排水量比对三体船阻力性能的影响

为了探讨三体船侧体排水量比变化对三体船阻力性能的影响,基于RANSE方法,采用比较适用于三体船的Realizable k-ε湍流模型,利用VOF法捕捉自由液面,针对5种侧体排水量比方案,在不同傅汝德数下对三体船的粘性流场进行数值模拟计算,得到相应情况下的船体摩擦阻力及剩余阻力,分析比较剩余阻力曲线及自由面波形,结果表明,低航速下侧体排水量比的变化对三体船阻力性能影响不明显,中高航速下较小的侧体排水量比的三体船兴波阻力性能更佳;同时将计算结果与试验数据进行比较,验证了计算结果的可靠性。     

浅水中低速斜航船舶水动力预报及验证与确认分析

浅水中的斜航船舶受到浅水阻塞效应和不对称流的综合影响。为预报该运动中的船舶水动力,文章采用基于定常雷诺平均纳维—斯托克斯方程的计算流体动力学方法,对浅水中做斜航运动的船舶粘性绕流场进行数值模拟。考虑低航速运动的特点,忽略航速影响下的自由面兴波,由数值计算得到水动力系数在漂角影响下的变化规律。针对计算精度问题,在数值模拟中从验证和确认角度分析和评估计算结果：通过网格收敛性分析分析数值误差与不确定度;结合试验数据考察计算模型的误差。此外,从计算区域尺度、湍流模型、边界条件、船体下沉和纵倾作用方面对模型误差的影响因素进行探讨,可为改进计算模型、提高数值模拟精度提供参考依据。     

不同漂角下纵倾对集装箱船阻力影响的数值分析

为研究在不同漂角条件下纵倾状态对集装箱船阻力的影响,以KCS集装箱船舶为例,利用RANS数值方法对KCS船模在不同漂角条件下纵倾对船舶阻力的影响进行数值研究。计算船舶初始平吃水时船舶阻力,将所得数值试验结果与已有数据对比,验证数值方法的有效性。基于此方法计算不同漂角条件下船舶在不同纵倾角状态下的船舶阻力值,结果表明,在不同漂角下纵倾角度变化使得船首两侧的受力不等导致压阻力变化显著,并且船舶最小阻力的最佳纵倾角随漂角度而变化。     

浅窄航道非线性兴波阻力数值计算

应用Rankine面元法计算船舶在浅窄航道中作匀速直航运动时的非线性兴波阻力．基于势流理论，在船体表面、自由面以及岸壁分布Rankine源来表达流场速度势，利用迭代方法满足非线性自由面边界条件，采用映像法满足水底边界条件，采用网格错位法满足辐射条件．以Wigley数学船型为例进行计算，通过改变航速和航道宽度参数，得到相应的兴波阻力．通过分析不同航速下航道宽度变化对兴波阻力的影响，得到了一些有意义的结论．     

带自由面肥大船粘性绕流场的数值模拟

采用直接求解RANS方程的方法对带自由面的肥大型船舶的流场和阻力进行了数值计算,湍流模型选用RNGk-ε两方程模式,自由面的处理采用VOF方法.数值计算结果与已公开试验数据的定量比较相当吻合.计算结果的分析表明:文中发展的CFD计算方法可以满足于带自由面肥大型船舶快速性工程预报的要求.     

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。     

基于纵倾优化的油船节能研究

以成品油船的阻力性能为优化指标,根据船体型线图,采用CATIA及ICEM软件,建立三维模型及计算域,划分结构性网格;采用计算流体力学软件(Fluent)计算目标船在变纵倾状态和吃水下的阻力值,并与船模拖曳试验相比较,分析纵倾变化对船舶阻力性能的影响规律。结果表明:该方法可以确定船舶在不同吃水下的最优纵倾值,并为船舶的实际运营提供建议,从而提高船舶的节能减排率,为发展绿色船舶提供新方向。