Prediction of hydrodynamic coefficients of ship hulls by high-order Godunov-type methods

Numerical simulations of incompressible flows, with and without free surface, by means of high-order Godunov-type schemes are presented; the results are compared with the second-order essentially nonoscillatory (ENO) scheme, already implemented and extensively used by the authors for the simulation of flows around ship hulls. Uncertainty assessment and convergence properties are discussed for two practical test cases: the steady and unsteady laminar flow past a NACA 0012 profile with and without incidence, and the steady free surface flow past a ship hull at model Reynolds number. The analysis is aimed to highlight advantages and drawbacks of the numerical schemes considered herein. This work was presented in part at the International Conference on Computational Methods in Marine Engineering—MARINE 2007, Barcelona, June 3–4, 2007.     

小攻角下航行体三维非定常空泡形态理论预示方法

小攻角下水下航行体高速运动时会形成不对称、非定常空泡,空泡形态是水下流体动力及弹道设计的主要依据。该文基于空泡独立膨胀原理,考虑横流对独立空泡发展的影响,建立了带攻角状态下空泡形态理论计算模型。针对典型工况开展计算获得了航行体迎背流面空泡长度、空泡压力变化过程,并与试验数据进行比对以验证模型的合理性。     

沥青路面集中排水影响分析与响应识别

如何通过路侧排水口将路面径流快速排出是路面集中排水设计需要解决的关键问题。为了分析路面宽度和坡度变化对集中排水的影响，准确识别集中排水条件下排水口泄流能力与影响范围，基于水动力学理论得到路面二维浅水方程，考虑降雨、地形、流体阻力等因素对路面径流变化的影响作用，建立路面径流运动变化分析模型，并采用实际观测数据对模型参数进行验证。结合实际工程建立路面数字高程模型，在设计降雨条件下，分析路幅宽度增加和坡度变化对路面径流深度分布和路面集中排水能力的影响作用，对比不同坡度组合下的路面排水量，并识别路侧排水口影响范围。研究结果表明：路面排水量、路面径流流速、路面径流汇流时间是路面集中排水研究需要考虑的重要方面；采用路缘石开口进行集中排水时，路侧缘石对路面径流的汇流过程具有明显的拦阻作用，路肩范围内出现壅水现象；较低的路缘石高度可以减少路侧壅水对外侧行车道的不利影响，进而提高路面行车安全；对于模拟条件下（横坡2%）的固定排水口布置形式，存在相应的排水最优路面纵坡值范围（1%~1.2%）；路面径流的汇流方向与路面合成坡度方向不一致，当路面宽度增加时，路面汇流路径增长显著，路宽24.5 m时，路面径流没有就近从排水口流出，汇流路径沿道路纵向超过70 m。     

乐清湾水动力及泥沙环境特征

基于现场实测水文泥沙资料,对乐清湾水动力条件及泥沙环境进行了研究。乐清湾为半封闭型淤泥质海湾,湾内波浪小、潮差大、深槽流速大、波浪掀沙作用不强、水体含沙量低;乐清湾底质以粉砂质粘土为主,与瓯江口以细砂为主的底质明显不同,乐清湾内水体含沙量也明显低于瓯江口,因此乐清湾受瓯江下泄泥沙直接影响较小,湾内泥沙主要来自近岸浅滩泥沙的就地悬浮搬运。     

High Resolution Ship Hydrodynamics Simulations in Open Source Environment

The numerical simulation of wake and flee-surface flow around ships is a complex topic that involves multiple tasks： the generation of an optimal computational grid and the development of numerical algorithms capable to predict the flow field around a hull. In this paper, a numerical framework is developed aimed at high-resolution CFD simulations of turbulent, free-surface flows around ship hulls. The framework consists in the concatenation of ＂tools＂, partly available in the open-source finite volume library OpenFOAM. A novel, flexible mesh-generation algorithm is presented, capable of producing high-quality computational grids for free-surface ship hydrodynamics. The numerical frame work is used to solve some benchmark problems, providing results that are in excellent agreement with the experimental measures.     

水下航行体表面状态细节流动特性数值分析研究

本文采用数值求解RANS方程的方法,对于水下航行体表面状态细节(小突体、孔穴)的流动特性进行了研究.计算详细地给出了航行体带小突体与表面开设孔穴后的阻力与流场,结果表明它们对于航行体水动力性能有明显的影响,在设计中应加以优化处理.     

入口唇角对喷水管道流动性能影响的数值分析

应用CFD技术对平进口式喷水推进系统的三维流动进行了数值模拟。从进水管道流动损失、出流品质和管内压力分布等方面性能出发,对比分析5种不同管道入口唇角线型方案对管道流动性能的影响。数值分析结果表明,进水管道入口唇角位置适当靠前且唇缘相对尖锐有利于改善进水管道的流动性能。     

漫谈舰船计算流体力学(CFD)实用化

舰船计算流体力学(CFD)理论性、实用性都很强,其自身特别是应用推广,都处于发展的过程中,但成熟程度尚不能令人满意。文章针对目前舰船计算流体力学推广应用相关的一些问题进行论述,并提供一些信息和建议。     

靖江边滩演变水动力特性分析

对近年来靖江边滩周期性切割发生的位置、切割时的规模和切割体的大小进行梳理分析,并对1966年以来已发生的12次较大规模切割时机和切割流量进行重点研究。结果表明:洪季和枯季均有可能出现切割。洪季落潮切割时上游径流38 700~54 100 m³/s,平均47 000 m³/s;枯季涨潮切割时上游径流11 800~23 700m³/s,平均17 000 m³/s;心滩下移速度1.0~1.8 km/a。为此,可加强易切割流量时地形观测,预估下移心滩进入航槽的时间,提前配置疏浚设备,对航道疏浚维护具有重要的意义。     

水下航行体通气超空泡减阻特性实验研究

为了研究超空泡的减阻效果,保证在较低流速下生成超空泡,在水洞中开展了水下航行体通气超空泡的实验研究.采用通气的方法在较低水速下生成人工通气超空泡,通过改变通气率和弗劳德数,获得了不同条件下通气空泡的长度,以及不同空泡长度下的模型阻力系数.研究表明,来流速度不变时,空泡长度随通气率的增加而增加,阻力系数随空泡长度的增加先递增后递减;空化器直径对阻力系数的影响较大,在大弗劳德数条件下,阻力系数会因空化器直径过大而出现随通气量的增加而变大的趋势.利用商用软件对超空泡形态及阻力系数作了数值仿真,并与实验结果作了对比,两者符合较好.