载人潜器阻力性能的数值计算和模型试验及船型优化

采用多块结构化网格对某载人潜器模型周围计算区域进行网格离散,采用Realizable k-ε湍流模型对潜器周围绕流场进行数值模拟.在船模拖曳水池中进行载人潜器模型不同艏向角和垂直上升及下潜航行时的阻力试验.将阻力的数值计算结果与试验值进行对比,两者的偏差在可接受范围内.考虑载人潜器主体的舯纵剖面的二维外形,用多岛遗传算法对其粘性流场的阻力数值计算结果进行船型的一体化优化,得到二维阻力最小的优化外形.将舯纵剖面外形的优化结果应用到三维载人潜器主体,比较优化前后的主体阻力.数值计算结果表明,载人潜器主体外形优化前后阻力的优化收效在30%以上.     

基于STAR-CCM+的滑行艇阻力研究

为研究滑行艇的航行阻力问题,首先建立滑行艇的几何模型,然后基于STAR-CCM+软件对其运动进行数值模拟。获得滑行艇航行时阻力随航速的变化规律,并将数值计算结果与试验值进行比较,得到的计算结果与试验值数据基本吻合。证明了在STAR-CCM+中能够有效模拟滑行艇运动的阻力性能,该方法对于文中的实例具有较高的准确性,可为滑行艇阻力的预报提供参考。     

不同参数下船舶运输前缘阻力的数值模拟研究

为了提高船舶运输的动力性能,进行船舶运输运动力学分析,构建不同参数环境下船舶运输前缘阻力的数值模型,采用阻尼力载荷评估方法进行船舶运输前缘阻力数值分析研究,提出一种基于延性力学评价的船舶运输前缘阻力仿真模型,构造船舶运输前缘阻尼的约束参量模型,采用刚度强化约束机制进行运动力学建模,结合自适应解耦构件力学评估方法,实现不同参数下船舶运输前缘阻力的数值量化评估和自回归分析,提高力学参量估计的准确性。仿真结果表明,采用该模型进行船舶运输前缘阻力参数评估的准确性较高,实现对不同参数下船舶运输的运动力学优化建模,以此指导船舶流体力学设计。     

载人潜器阻力的数值计算方法分析

采用多块搭接结构化O型和H型网格对某载人潜器周围控制域进行网格离散,分别采用四种不同的湍流模型,并改变自由来流湍流强度的设置,对潜器周围绕流场进行数值模拟,得到了适于对潜器周围绕流场进行数值模拟的方法,获得较可靠的阻力等计算结果.将阻力计算结果与试验值进行对比,得出采用不同湍流模型进行数值计算时自由来流湍流强度的改变对于计算结果的影响.分析得出适于潜器阻力计算的湍流模型以及相应自由来流湍流强度的取值,为潜器的阻力预报提供了可行的数值计算方法,为潜器的阻力性能优化奠定了基础.     

载人潜水器艇型及框架结构研究

针对一型潜深1 500 m的载人潜水器,在选取了参考艇型的基础上,完成了主体艇型及框架结构的设计,在水平循环水槽、综合试验水池分别进行了模型的直航和潜浮阻力试验,得到了相应的试验结果。确定了框架结构强度分析的关键要素,完成了框架结构的强度校核,对于框架结构的应力分布情况进行分析。结果表明:目标载人潜水器的前进阻力大于后退阻力,上浮阻力大于下潜阻力,框架结构还有一定优化余地。     

深海载人潜水器的运动仿真与试验验证

深海载人潜水器是海洋开发的前沿与制高点之一,其外形较大且复杂,因而动力学模型高度非线性耦合。以"蛟龙"号载人潜水器为研究对象,建立运动学和动力学模型,首次采用"蛟龙"号在太平洋试验数据对其模型进行仿真计算验证。通过模型仿真结果与实际的下潜数据进行反馈对比,验证其六自由度模型。研究结果可为复杂外形深海潜器的运动仿真、控制调试和航行监测提供参考,具有一定的工程价值。     

尺度效应对全附体潜艇阻力数值计算结果的影响

采用数值计算方法对SUBOFF潜艇的全附体模型进行三维粘性流场数值模拟,将雷诺数为1.2×107时的计算结果同试验结果进行比较,验证了计算方法的可靠性 采用不同数量的网格分别对不同尺度的SUBOFF模型在高雷诺数条件下的流场进行数值模拟,研究网格数量和艇体主尺度大小对高雷诺数条件下潜艇阻力计算结果的影响,通过对计算结果的分析,获得了尺度效应和网格数量对潜艇阻力数值计算结果的影响规律。     

方尾舰船兴波阻力计算及其应用

本文开发了一种兴波阻力的计算方法,主船体采用Ｄａｗｓｏｎ方法计算,方尾后流域的特征有所不同,必须对Ｄａｗｓｏｎ的数值方法加以扩展,即考虑未浸水方尾的边界条件,计算结果表明该数值模型能够反映方尾对流场和阻力的影响,兴波阻力和波形的计算结果表明,它与试验结果吻合良好,说明对于方尾船,本研究所采用的基本理论和数值模型是可行的。     

50m围网渔船波浪增阻数值模拟

采用STAR-CCM软件,以一条50m围网渔船船模为研究对象,分别计算研究了其约束运动模型在静水及迎浪情况下的阻力及相关性能。通过船模试验验证了STAR-CCM对渔船在静水运动中数值模拟的有效性。对渔船船模约束模型在不同波高和波长的波浪中阻力进行了计算和比较,研究了在考虑纵倾和升沉的情况下船舶波浪中阻力计算结果的差异,并讨论了波高和波长的变化对船舶波浪中总阻力计算结果的影响。     

基于多目标遗传算法的潜器外形优化设计

计算流体力学软件应用于潜水器外形优化设计时,精度虽高,但效率低下。因此研究了试验设计和响应面模型技术,提出了一个潜水器外形优化设计的策略。其基本思想是:首先应用Gambit软件的日志文件建立起水动力分析模型,然后根据设计要求选取设计变量,用试验设计的方法在设计变量空间里选取样本点并进行阻力性能计算,得到各样本点的响应,并建立阻力、包络体积的二阶多项式模型响应面模型。潜水器设计时需要考虑能源与设备布置要求,因此将阻力与体积作为艇型优化的两个目标,研究了多目标遗传算法,并给出了Pareto最优解集。结果表明,文中采用近似模型的艇型优化过程,不但效率得到提高,精度也能得到保证,而且由CFD结果建立的阻力估算公式可以为后续设计带来很高的参考价值。     

船用蒸汽冷凝器冷却水阻力计算研究

船用蒸汽冷凝器是船舶动力系统的重要组成设备之一,其冷却水阻力计算是冷凝器热力计算的重要内容,相关参数的确定关系到设备设计的成败,也影响着船舶动力系统的性能.采用1:1比例全三维数值模型对冷凝器内冷却水的流动特性进行数值模拟,获得了冷凝器的流场运动规律和流阻特性,并与试验结果相比较,二者吻合较好.通过利用试验验证的数值计算方法,可为提高蒸汽冷凝器的冷凝效率,优化其结构设计提供技术支撑.     

三维回转运动条件下水下潜器系统导管螺旋桨推力特性研究

采用多重重叠网格技术模拟一对称立式水下潜器在三维回转运动过程中水下潜器系统及其系统中导管螺旋桨的水动力特性,提出一种水下潜器三维回转运动数值计算模型,通过指定叠加运动来控制螺旋桨的旋转来对水下潜器的三维回转运动方式进行操纵。计算结果表明:提出的水下潜器三维回转运动数值计算模型可以预报水下潜器三维回转运动的动力状态;水下潜器在其三维回转运动过程中,导管螺旋桨发出的推力表现出稳定的周期性的变化;相比于二维回转运动,水下潜器在进行三维回转运动过程中,由于垂向运动速度分量的存在,导致水下潜器导管螺旋桨推力较二维回转运动条件下小,潜器主体所受垂向流体阻力较二维回转运动条件下更大且波动更加剧烈。     

某科考船的阻力性能研究

文章通过模型试验及数值模拟方法对科考船的阻力性能进行研究,确定科考船的阻力情况；将船模阻力的试验值与模拟值进行对比,分析二者之间的差别,并探讨产生该差别的原因；将模型试验及数值模拟时的流场情况与阻力结果进行对比分析,通过相互验证的方式,验证船模阻力试验的准确性,并探讨计算时采用的数值模拟方法的可靠性,以期为之后船型开发提供相关的阻力性能参考,并为日后验证阻力试验的准确性提供相关依据。     

基于CFD的双艉船型阻力数值预报

根据船体阻力成因和预报方法的讨论分析,提出一种应用计算流体动力学（CFD）理论进行双艉船型阻力数值预报的方法。该方法采用势流理论计算兴波阻力,基于粘性流理论计算粘性阻力。通过对某典型散货双艉船与液货双艉船在不同航速下的阻力预报及其试验数据的比对分析,结果显示,预报误差基本控制在4%以内。研究表明,该方法计算效率较高、易于实现、经济性较好,且预报精度能满足工程需要,具有较强的工程实用性。     

雷诺数对潜艇粘压阻力和尾部伴流场影响的数值计算研究

采用数值计算方法对SUBOFF潜艇的主艇体模型和全附体模型在不同雷诺数条件下进行三维粘性流场数值模拟。将低雷诺数条件下的计算结果与试验结果进行比较,验证计算方法的可靠性;利用数值计算技术分析潜艇工程设计和试验中出现的问题,包括潜艇实艇阻力预报方法研究和雷诺数对潜艇尾部伴流场的影响研究。     

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.     

基于船舶阻力性能的船型主尺度参数敏感度分析

采用回归分析法研究船型主尺度参数对阻力性能的敏感度。首先确定船型参数及其变化范围;然后,通过均匀试验设计方法在设计空间选取样本点,并采用流体分析软件(Shipflow)对每个样本点进行阻力性能数值计算,进而构建样本集,再采用径向基神经网络生成近似模型,并验证近似模型的精度;最后,利用回归分析法得到船型主尺度参数对阻力性能的敏感度排序。通过研究可确定对总阻力性能影响显著的主尺度参数,从而为船型主尺度优化的顺利进行打下基础。     

船舶数字碎冰场构建与冰阻力计算方法研究

为验证数值方法计算精度,预报极地碎冰区船舶所受冰阻力,本文依据冰池试验中生成的碎冰航道以粒子喷射的方式构建相应的数字碎冰场,采用球形粒子填充的方式创建碎冰的离散元模型并与CFD方法相结合计算船舶在碎冰域所受冰阻力.依据HSVA冰池对某冰区油船开展的基于模型冰厚分别为37.1 mm、39.8 mm、46.3 mm及49.4 mm四种条件下的冰池试验,数值模拟了在同等试验条件下船舶所受冰的阻力.对比冰池试验,数值模拟过程中碎冰的运动状态、船冰间相互作用模式与冰池试验现象完全吻合,船体所受冰阻力计算误差在合理范围内,最大误差为29.45％.     

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。     

基于STAR-CCM+的潜艇无动力低速下潜受力仿真

本文以SUBOFF AFF-8全附体潜艇模型为研究对象,对微型潜艇在执行特种任务时以3种速度、8种纵倾角姿态的组合做下潜运动的受力进行仿真。通过改变不同来流速度以模拟潜艇在不同速度下的稳态下潜,得到潜艇8种姿态下以不同速度的阻力和纵倾力矩,从而给潜艇下潜时调节首、尾压载保持受力平衡提供依据;同时进行潜艇在水下直航状态的垂向力系数和纵倾力矩系数仿真验证,结果与试验值对比误差较小。