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.     

考虑定常兴波影响的辐射问题去奇Rankine源方法数值计算

随着中高速船舶在海洋资源开发中的广泛应用,航速对船舶在波浪中摇荡运动的影响受到重视。本文基于势流理论,采用非均匀有理B样条(NURBS)表达物面,应用去奇Rankine源方法求解流场速度势;推导了兴波问题的二阶近似非线性自由面边界条件,以及考虑二阶近似非线性兴波影响的辐射速度势的线性自由面和物面边界条件。本文编程首先数值计算了Wigley船型的近似非线性兴波问题,将计算的线性和非线性兴波阻力系数与文献结果做了比较;然后数值计算了计及线性定常兴波影响的下潜圆球有航速辐射问题,将计算的附加质量和阻尼系数与文献结果比较。本文计算结果与文献结果吻合程度较好,验证了本文数值计算方法的有效性。文中还给出了兴波波形和辐射波形。     

基于三维非线性区域分割法的船舶运动时域计算研究

基于三维势流理论,构建船舶在波浪中航行的非线性区域分割法。用假想的控制面将计算域分为内域和外域,其中外域采用自由面格林函数法,内域考虑自由面非线性,采用满足移动兴波线性化自由面条件的Rankine面元法,并通过过渡函数使内外域速度势及其导数在控制面上连续。内外域耦合求解得到扰动速度势及流体动压力。其中自由面运动学边界条件、动力学边界条件及物面条件m项中的移动兴波速度势及波面抬升是基于非线性兴波计算得到的,较线性化自由面条件更为精确。以数学船型Wigley-3为对象,讨论了不同因素对计算收敛性的影响,验证了该方法的可靠性和准确性;以S60和S175两种具有外飘的实际船型在波浪中的运动响应为例,将计算结果与试验及其他方法进行了对比,验证了三维时域非线性区域分割法在实船运动预报中的准确性。     

直接边界元法时域全非线性兴波计算

文章在时域中采用直接边界元的方法计算模拟了以稳定航速运动的近水面潜体全非线性兴波现象.从格林定理出发,在边界面上布置Rankine源和偶极子,采用时间步进的方法计算模拟潜体近自由面运动的兴波现象.每个时步自由面上的势和节点位置采用全非线性拉格朗日自由面边界条件求解,重新生成自由面网格准备下一个时步计算的初始条件.文中给出了数值计算的结果并与试验和线性计算的结果相比,证实了该方法是可靠的,并可以利用该方法建立数值波浪水池.     

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．     

非线性船波问题的数值分析

通过对慢船兴波速度势重新进行分解，给出各分量新的量级假定，分析简化了船波问题的非线性自由面边界条件，利用耦合元方法对非线性船波问超进行了数值计算，重点讨论了自由面条件中各项的影响大小及其与船型的关系。     

一种计算非线性兴波阻力的基于NURBS的高阶面元法(英文)

文章开发了一种用于求解非线性兴波阻力问题的基于非均匀有理B样条(NURBS)的高阶面元法.该方法采用NURBS基函数表达物面几何和边界面上的源强分布.为了满足非线性自由面边界条件,开发了一个迭代算法;辐射条件通过采用网格错位的数值技术得到满足.以Wigley数学船型为例,在一系列的船速下计算了非线性兴波阻力.数值结果表明所提出的方法对于计算兴波阻力是精确和有效的.     

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。     

近水面水翼影响的船舶兴波时域计算研究

近水面水翼的兴波由升力线的自由面兴波来表达,船体的兴波考虑升力线兴波的干扰影响,三维时域格林函数法用于船体的兴波分析计算.以Wigley船型为数值计算例,考虑近水面水翼的影响,分别对单体船和双体船进行了船舶兴波计算研究,提供了兴波波形和兴波阻力的计算结果.以系列60船型为数值计算例,把计算的结果与发表的有关结果进行对比,具有较好的吻合.本文还对船舶自由表面兴波波形进行了时域数值仿真.     

近自由面三维水翼的水动力分析及试验研究

采用面元法对近自由面三维水翼进行势流数值分析并进行了相关试验研究。在数值计算中,将Rankine源和偶极子置于边界面上,用时间步进法模拟水翼的势流场和自由表面波形。在自由面采用非线性自由面边界条件,在尾涡面上采用偶极子布置以满足Kutta条件。文中给出了数值计算模型的参数,对于不同浸深、不同航速和不同攻角下的水翼,计算了水翼表面上的压力分布,水翼的阻力和升力及自由表面波形。数值计算结果与试验结果进行了对比。结果表明,文中方法可用于水翼优化设计、近自由面振动翼运动及水翼船兴波等问题的研究。     

Hydrodynamic optimization of a catamaran hull with large bow and stern bulbs installed on the center plane of the catamaran

Here, a numerical optimization procedure is proposed for a fundamental study of a fast catamaran, and we compare the wave-making characteristics of a catamaran hull form with and without large bow and stern airship-type bulbs installed on the center plane of a catamaran operating at high speed. The method involves coupled ideas from two distinct research fields: numerical ship hydrodynamics and a nonlinear programming technique. The wave-making characteristics of catamaran hulls with and without bulbs were investigated using the panel method applied to free surface flow (PAFS), in which Morinos method for lifting bodies is extended to analyze the problem of free surface flow, and PAFS is linked to the optimization procedure of the sequential quadratic programming (SQP) technique. An optimum hull form for a catamaran can be obtained through a series of iterative computations, subject to some design constraints. Here, only the hull shape of a catamaran is optimized with and without center-plane bow and stern bulbs. The optimization is carried out at two Froude numbers, 0.45 and 0.5, which are around the last hump of the wave-making resistance curve. The numerical results show that a reduction in wave-making resistance is achieved around the design speed.     

粘性流体数值波浪水池研究

数值波浪水池是近年来船舶流体力学方向的前沿课题,本文采用Fluent软件,利用VOF模型捕捉自由液面,结合RNGk?ε湍流模型,求解N-S方程,对目前数值造波较为典型的仿物理造波法和直接造波法在二维模式下进行分析,并对三维模式的数值造波作了初步分析.在仿物理造波法中模拟真实水池中推板式造波机,利用动网格和阻尼消波技术,生成规则波的情况.在直接造波法中,利用给定入口边界速度或压力并结合阻尼消波技术,在数值水池模拟规则波,得到直接造波法的数值波形与理论波形的吻合度要优于仿物理造波法的结果.为在数值波浪水池中对船舶水动力性能预报奠定基础.     

两层流体中潜体的不定常运动兴波

本文应用Ｌａｐｌａｃｅ变换方法和基元波叠加的概念对两层流体中孤立点源和细长潜体的不定常线性兴波问题进行了探讨,给出了自由面和内界面的波型及兴波阻力的算例结果。     

穿浪双体船兴波阻力数值计算

利用基于面元法的船舶兴波阻力和兴波波形的势流计算方法,将CFD与CAD技术联系在一起,数值计算高速穿浪双体船的兴波阻力与兴波波形。兴波阻力的计算与实船的剩余阻力曲线趋势符合,对实船船型参数的选择和优化有一定的指导意义。     

高密度中低速全垫升气垫船越峰问题的探讨与实践

1吨级试验艇属于高密度中低速气垫船,其与气垫密度成平方关系的阻力峰值较大而设计推力相对较小,经采取措施解决了越峰困难问题。原阻力计算方法在阻力峰值处的计算结果不够精确是原因之一,故根据移动压力面兴波理论编制了直接计算兴波阻力的程序,使计算越峰所需推力更接近试验结果。理论计算与工程实践表明,在设计高密度中低速气垫船时需特别关注越峰性能校核,建议第一阻力峰处设计越峰裕度在原计算方法基础上应修正至不小于30%为宜。     

基于船舶兴波能量守恒的形状因子算法

为了拓展传统的根据船模阻力试验数据确定形状因子计算方法的适用测量速度范围,文章提出了基于船舶兴波能量守恒的形状因子计算方法。该算法以兴波阻力系数的理论近似表达式取代ITTC（1978）方法的兴波阻力系数近似表达式,采用梯度下降最优算法对船模阻力试验数据进行数值拟合计算求得形状因子。以4250 TEU集装箱船作为算例,将文中算法同传统的普鲁哈斯卡法和ITTC（1978）方法的计算结果进行了比较,验证了该算法的合理性和精确性。     

基于DAWSON法小水线面双体船模型兴波阻力及浮态预报

针对小水线面双体船型,基于Dawson法,通过船体局部网格快速划分迭代求解船体模型在不同航速下的兴波阻力、纵倾、升沉以及不同航态下的湿表面面积变化,并给出预报结果与模型试验结果的对比。     

两层介质中运动潜体内波的数值计算

基于势流理论,采用Hess-Smith方法,对两层介质中运动潜体内波的进行数值计算研究,得到表面波和内波波形与水深佛鲁德数、潜深之间的对应关系。并通过计算无限水深中运动椭球体引起的兴波阻力对自编程序进行验证。