基于CFD的某内河游船风载荷系数计算

为获得船舶风载荷系数的准确计算方法及其在不同风向角下的分布规律,以某内河船舶为研究对象,对船舶水上结构表面风场风压进行数值模拟,得到不同风向角下的风载荷系数,将计算结果与Fujiwara和Blendermann方法对比,结果表明,k-εRealizable湍流模型在计算风载荷系数时准确度较高;随着风向角变化,船舶风载荷系数变化较大;所采用的数值计算方法及网格形式可较好预报游轮风阻力。     

不同风舷角下的航空母舰气流场特性研究

航空母舰气流场变化的研究对航空母舰的总体设计以及舰岛构型布局具有重要意义。本文基于RANS法对不同风舷角下的航母气流场进行数值模拟,同时也采用了Isherwood经验公式对其风载荷进行计算,并将数值模拟结果与经验公式对比,考察RANS法及Isherwood法对航母风载荷预报的适用性。结果表明,RANS法能够获得相对合理的数值预报结果,而Isherwood法在部分风舷角下的适应性较差。本文还分析了不同风舷角下的航母气流场特性。研究表明,航母外飘舷台和舰岛等结构的绕流场在一定风舷角下会发生强烈的相互影响。本文的结论对航母气流场的研究及总体设计有一定的参考价值。     

海洋工程结构物风载荷计算方法比较

为方便海洋工程结构物设计者选择合适的风载荷计算方法,以一艘大型油船为例,分别采用目前常用的几种风载荷计算方法对其所受的风载荷进行计算,计算结果与实验结果比较分析表明,Blendermann方法的计算结果与实验结果吻合较好。     

基于大涡模拟的大型水面舰船复杂风场数值模拟

基于大涡模拟LES和雷诺时均N-S方程RANS对不同风舷角下的大型水面舰船风场进行数值模拟，并采用Isherwood经验公式对其风载荷进行计算。将数值模拟结果与经验公式进行对比，验证LES和RANS二者对大型水面舰船风载荷预报的适用性。同时，对比分析基于LES法与RANS法模拟得到的不同风舷角下大型水面舰船的风场特性。研究结果表明：采用数值模拟法能获得合理的数值预报结果，而Isherwood法在部分风舷角下的适应性较差；采用LES法和RANS法得到的表面风压、流线和速度场差异不大，而涡结构差异较大；LES法能较好地捕捉到大尺度漩涡破碎生成小尺度漩涡，而RANS法仅能捕捉到少量长条结构的大尺度漩涡和涡鼓包。     

散货船风载荷数值模拟

采用数值模拟的方法对船舶受力中的风载荷进行预报.采用多种湍流模型、壁面处理方式和对应的网格设计方法,分别对灵便型散货船的原始几何模型和简化几何模型进行RANS数值模拟,并将所得结果与试验结果相对比,考察RANS方法对散货船风载荷预报的适用性.结果表明,合理地进行几何简化能在提高计算效率的同时,获得合理的数值预报结果;湍流模型和壁面处理方式对风载荷预报结果的影响非常明显,采用壁函数会导致大攻角下的预报结果偏离试验结果,而SSTk-ω模型的近壁解析计算能获得更加合理的风载荷数据.研究表明,采用适当的网格、湍流模型和壁处理方式的RANS方法能获得合理的船舶风载荷预报结果,对工程应用具有参考价值.     

超深水钻井船风载荷预报

以某超深水钻井船作为研究对象,应用CFD技术对其作业工况进行基于实尺度的风载荷数值预报,并对1#x302F;140的缩尺后模型展开风洞试验。对比数值计算、风洞试验与API规范计算3种不同方法得到的风载荷计算结果表明,应用数值模拟方法得到的计算结果与风洞试验值吻合较好,而规范计算的结果则过于保守,且相差最大时分别较数值模拟和风洞试验结果高出55.9%和62.9%。     

云平台下船舶载荷并行计算方法研究

风载荷是船舶所受所有载荷类型中最重要的一种,对其计算研究从未停止过,但传统的计算方法准确性不足,针对上述问题,提出一种云平台下船舶载荷并行计算方法。利用Map Reduce平台解决算法运行的理论基础,设计一个并行计算模型,以此为并行算法建立一个研究桥梁,通过并行计算公式对船舶的风载荷进行计算,精确研究并行算法。通过仿真实验和对比研究对并行算法进行验证,结果表明:并行算法计算出的结果与实际结果一致,准确性较之传统计算方法高,计算误差小于3 N。     

船舶风载荷数值模拟中流域构造方法的研究与应用

以15 000 TEU集装箱船为计算对象,针对船舶风荷载数值模拟中多风向角工况下大量重复性工作问题,基于STAR-CCM+平台,提出3种计算域构造方法:移动参考系模型法(MRF)、重叠网格法(Overset Mesh)、内外域分区构造法(Subregion),实现多风向角计算模型共享,助力风载荷数值建模的完全流程化和自动化。3种构造方式下风载荷数值模拟结果具有很好的一致性,验证了方法的同质性,并将正迎风时纵向力系数与Fujiwara经验公式对比,差异不大,初步证实计算结果的准确性,待后续风洞试验结果的进一步验证。     

船舶风载荷计算及上层建筑降阻优化

以某5万吨级油船为研究对象,采用数值计算和风洞试验相结合的方法,对该油船不同风向角下的风载荷进行了研究.同时,基于降阻提效的理念,对该船上层建筑正迎风面构型进行了优化设计,并提出了3套优化方案.研究结果表明:数值结果与试验结果较为吻合,该数值方法可用于船舶风载荷工程预报;提出的上层建筑优化方案能够达到一定的降阻效果.     

基于ANSYS平台的散货船风载荷计算方法

为了评估散货船在突发性大风下的安全情况,研究采用计算流体动力学方法对船舶的风载荷进行仿真计算。文章基于船舶的二维图纸建立三维模型,应用ANSYS平台的Fluent仿真模块对三维模型进行网格划分,形成有限元模型。对在不同风速、不同吃水、不同风向角下的船舶有限元模型进行仿真计算,获得不同工况下船舶的风载荷数值。仿真结果为散货船抗风等级提供依据,也便于发现散货船受力的薄弱环节,为船舶的设计建造提供参考。     

基于CFD的FPSO风载荷规范计算适用性研究

[目的]目前,设计人员多使用针对大型油轮的OCIMF规范和针对海上平台的API规范对FPSO风载荷进行计算,但因FPSO船舶上层建筑更为复杂,需进一步研究这2种规范对于FPSO风载荷计算的适用性。[方法]建立具有通用型上部模块的某30万吨级大型FPSO数值模型,对恶劣海况下不同风向角、横倾角下的FPSO所受风载荷进行数值模拟,分析其中存在的遮蔽效应;与规范计算结果进行对比分析,讨论在风载荷作用下FPSO受到的横倾力矩。[结果]结果显示,船舶正浮状态受到的最大风载荷和横倾力矩出现在270°风向角;船舶横倾状态下受到的风载荷和横倾力矩比正浮状态更大,最大横倾力矩出现在10.5°横倾角280°风向角;采用API规范和OCIMF规范得到的FPSO风载荷计算结果与CFD计算结果相差较大,二者在270°风向角的结果与CFD分别相差13.6%和24.5%。[结论]数值仿真给出的流场细节有利于分析上部模块间的遮蔽效应,能够较为准确地预报船舶所受到的风载荷,可以为考虑遮蔽效应的FPSO稳性设计提供参考。     

自升式平台风载荷的空气动力学干扰研究

风载荷是白升式平台的主要控制载荷,现行规范在计算风载荷时主要采用面积投影法,不考虑空气动力学干扰的影响,结果偏于保守。以自主研发的122m（400ft）自升式平台为例,通过风洞实验得到其各风向角下的干扰因子伊。在此基础上,采用求解RANS方程的方法,结合k—ε湍流模型对风载荷的空气动力学干扰现象进行数值模拟,所得伊值与实验结果吻合良好,揭示了这种干扰现象对自升式平台风载荷的影响。     

水下冲击波作用下结构损伤的数值预报误差分析

准确模拟结构在水下爆炸冲击波作用下的损伤是水下爆炸数值仿真中的难点,有必要研究数值预报误差及其产生的原因。采用ABAQUS提供的声固耦合方法,研究方板模型水下爆炸数值计算的误差。将几何模型划分为3个不同的有限元模型,分析了网格大小对计算结果的影响,以及声固耦合方法的计算误差。通过方板模型仿真、实验室水池试验和方板实船水下爆炸实验结果的比对分析表明：数值计算结果与实验值间的误差约在30%以内。总波和散波两种流固耦合计算方法的误差及其产生原因分析表明总波计算公式存在夸大空化对结构影响的可能。     

HYSY-981半潜式平台风载荷数值模拟与风洞实验

针对我国深海油气开发拟采用的HYSY-981半潜式平台设计制作了1∶100比例模型,利用风洞实验进行稳态梯度风作用下的抗风特性实验和测定,计算百年重现期的平台整体的风载荷.基于N-S方程,选择剪切应力运输湍流模型、二阶迎风格式离散方法和三维稳态隐式解法对HYSY-981半潜式平台进行构件平均风压分布、形状系数和平台整体的风载荷数值模拟计算.风洞实验结果与数值模拟计算结果基本吻合,验证了数值模拟方法的适用性与实用性.     

侧向受载时船舶屈曲临界载荷数值的计算方法

传统Rankine源计算法对侧向受载船舶,屈曲临界载荷数值计算误差较大。对此,提出船舶屈曲扰动势临界载荷数值计算方法。建立船舶扰动势边界积分方程,计算船舶总体扰动势载荷值,对载荷值进行线性处理,将总体扰动势转变为侧向扰动势,对侧向扰动势进行自由面条件离散,获取船舶侧向受载时,屈曲临界载荷数值。仿真实验数据表明,与传统Rankine源计算方法相比,设计的扰动势临界载荷数值计算方法,计算纵向屈曲临界载荷值计算误差缩小19%,横向屈曲临界载荷值计算误差缩小27%,屈曲载荷数值计算精确率更高。     

风载荷作用下的操纵性研究

为研究某水面舰船在一定风载荷作用下的操纵性特点,基于Matlab软件平台和模型试验,构建了静水和考虑风载荷作用下的三自由度MMG操纵性方程,对静水和风载荷作用下的操纵性进行数值预报。通过静水中数值预报结果与试验值的比较,发现仿真值与试验值吻合度较好,从而验证了该方法的可行性。将风载荷作用下的结果与静水中的数值预报结果进行对比分析,结果表明,无因次回转直径、无因次战术直径、速降、无因次横距等回转运动参数都要小于静水中预报值,回转角速度基本与静水预报值一致,无因次纵距要大于静水中的理论预报值;初转周期、超越时间、第一超越角以及第二超越角等Z形运动参数值都要大于静水中预报值,由此可知风载荷对该水面舰船的操纵性相较于静水具有明显的影响,同时该数值预报方法可为工程应用提供借鉴。     

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。     

岸边集装箱起重机风载荷数值模拟研究

岸边集装箱起重机抗风性能设计是不可缺少的控制性环节。本文对65t-65m岸边集装箱起重机风洞试验的模型进行了计算流体动力学（CFD）数值模拟。通过计算几个典型的风向角和风速工况下起重机风洞试验模型，得到了丰富的流场及压力场信息，并绘制了速度分布和压力分布图。与风洞试验的数值对比，所得误差较小，说明使用CFD数值模拟的方法计算岸边集装箱起重机风载荷是可行的。     

海洋平台风载荷的数值分析

风载荷是海洋平台主要的设计载荷,常规的规范算法在结果上偏于保守。本文基于N-S方程(Navier-Stokes)方程对某自升式钻井平台进行了风载荷的数值分析,控制方程—RANS(Reyolds Averaged Navier-Stokes)和连续性方程使用有限体积法离散。在此基础上,对数值分析中湍流模型选择及网格划分方法进行了讨论,分别采用CFX及FLUNET软件对海洋平台整体及单个构件的风载荷和形状系数进行了研究。     

破冰船连续破冰的冰阻力预报

[目的]为了准确评估破冰船在平整冰区航行时连续破冰过程中所受的冰阻力,同时了解不同预报方法的特点,采用经验公式法、数值模拟法以及船模试验法,对破冰船在平整冰中连续航行时的冰阻力进行预报。[方法]使用非线性有限元软件DYNA,分别基于传统有限元与黏聚单元法构造冰层数值模拟模型,模拟平整冰与破冰船相互作用时发生的弯曲断裂以及相互作用的过程。同时,采用经验公式法,用3种不同的经验公式进行冰阻力计算,对影响经验公式法预报结果的参数进行敏感性分析。[结果]研究发现:冰阻力随航速、冰厚度以及弯曲强度的增大呈上升趋势,其中冰厚对冰阻力的影响最大。3种经验公式中,Lindqvist公式的预报结果与船模试验结果更为接近,而Vance和Lewis公式更为保守。传统有限元与黏聚单元法在冰厚较小的情况下,冰阻力预报结果更准确,冰厚较大时误差较大,约25%。在冰厚较小航速较高的情况下,黏聚单元法预报的冰阻力值较传统有限元方法更为准确,与船模试验结果相比精度误差在10%以内。[结论]在实际的冰阻力预报中,可结合经验公式法与数值模拟法,兼顾预报结果的准确性与高效性。