基于CFD技术的整流鳍节能效果数值预报

针对节能装置节能效果的预报仍然依赖模型试验,数值预报方法对节能效果的预报存在较多困难的问题,提出了一种基于CFD技术的整流鳍节能效果的数值预报方法。首先,研究了整体求解船-桨-舵相互干扰的水动力性能数值计算方法,计算结果与试验值的比较显示,该数值计算方法具有较好的计算精度。然后,采用上述方法预报了船-桨-舵-整流鳍相互干扰的水动力性能,通过比较有整流鳍和无整流鳍两种情况下,螺旋桨吸收单位转矩所发出的推力,分析了整流鳍的节能效果,得到了节能效果较优的整流鳍,其综合节能效果可达2.78%,从而为船舶节能装置的节能效果预报提供了一种适用的理论研究方法。     

基于RANS和非线性动力学方法的海洋平台供应船水舱减摇预报

在探讨带平面被动式减摇水舱的海洋平台工作船在横浪中的减摇问题上,采用RANS方法进行船舶和水舱的强迫运动模拟,通过数值处理得到船舶和水舱的水动力系数。假设在共振频率下船舶和水舱的横摇运动在达到稳态后可以解耦,由非线性动力学的方法求解船舶横摇运动,并在波浪中进行系列模型试验以研究减摇特性。海洋平台工作船具有多工况的特点,不同载况对应不同船舶固有周期,实际航行中对减摇水舱的使用就是通过改变水舱水深使水舱的周期等于船舶固有周期,而通过上述方法的快速计算,选择合适的水深和阻尼隔板可以达到理想的减摇效果。结论表明该方法可以预报不同方案下的船舶横摇运动,该思路在船舶的减摇水舱设计阶段可以提供参考价值,并且在实船航行中可以提供水深加载指导以适应复杂的多工况航行。文中研究结果被运用于一艘实船航行时水舱加水策略中。     

用RANS方法预报螺旋桨非定常空泡

基于空泡混合模型用RANS方法对螺旋桨非定常空泡进行了预报.采用尺度函数以渐进扩张的方式对桨叶表面进行网格划分,在导边、随边、叶根、叶梢等部位加密,而在桨叶表面中部单元逐渐增大.为了更好地考虑湍流边界层的流动特性,构建了棱柱层和四面体混合非结构化网格.为节约划分网格的时间,建立了一种几乎不需人为干预的快速划分螺旋桨计算域网格的方法.对非均匀进口来流用自定义函数进行设置,空泡的预报结果与试验结果吻合较好,证明该方法在螺旋桨非定常空泡计算方面的可行性和良好的应用前景.     

Investigation of cavitation inception characteristics of hydrofoil sections via a viscous approach

Unlike traditional approaches based on potential theory, this work investigated the cavitation inception characteristics of hydrofoil sections by solving Reynolds-averaged Navier–Stokes (RANS) equations. The viscous effects at high Reynolds numbers were taken into account through calculation of the eddy viscosity using a k- model. This viscous approach delivers the lift and drag forces in a more self-contained way, which cannot be obtained directly from the potential theory. A comparison with smooth surface measurements validates the proposed numerical method. Two approaches to include the roughness effects are also described. The predictions of cavitation bucket characteristics based on potential theory are more conservative than those reached by the proposed viscous computations. Hydrofoil sections with different camber ratios, foil thicknesses, and Reynolds numbers were studied numerically. A decrease in the Reynolds number tends to increase the cavitation-free region without changing the shape of the steep region. An increase in foil thickness gives a range increase in the angle of attack where no cavitation is expected. An increase in the camber ratio moves the cavitation-free location of the angle of attack, and slightly increases its range.     

方尾船绕射问题RANS求解研究

基于RANS方程,采用VOF方法捕捉自由液面,通过自定义函数UDF在Fluent平台上建立了三维数值波浪水池,模拟了规则波的生成、传播和消波,发现波陡对数值造波的精度有较大影响。求解了规则波中顶浪航行的方尾船模型的波浪力,并与试验结果和势流理论结果进行了比较。结果表明,基于RANS方程的波浪力计算结果与试验结果和势流理论结果吻合良好,在长波中与试验值更接近。     

基于RANS的跨海桥梁高桩承台波浪作用数值模拟

极端波浪荷载给跨海桥梁带来了严峻的挑战,为了探究波浪对跨海桥梁高桩承台的冲击作用,基于雷诺时均Navier-Stokes方程(RANS)和k-ω湍流方程,建立波浪与高桩承台相互作用三维数值模型,采用流体体积法(VOF)捕捉自由液面,研究承台受到的水平及竖向波浪力时程特性、承台周围流场以及净空对波浪荷载的影响规律。研究结果表明:承台水平波浪力随着净空的减小而增大,水平正向波浪力大于水平负向波浪力;承台受到的竖向向上波浪力随着净空的增加先增大后减小,当净空为零时达到最大值。当净空大于零时,向上的波浪力大于向下的波浪力,而当净空小于零时,向上的波浪力小于向下的波浪力。     

粘性对方尾船波浪力的影响分析

航行船舶绕射问题的准确求解是预报船舶波浪中运动的基础.文章分别采用基于三维移动脉动源的边界元法和基于RANS方程的CFD方法求解了规则波中航行的方尾船模型的波浪力,并通过与试验结果比较验证了方法的可靠性.CFD计算时通过从波浪力中分离出粘性力,研究了粘性对方尾船波浪力的影响.结果表明,基于RANS方程的波浪力计算结果与试验结果和势流理论结果吻合良好,在长波中与试验值更接近.粘性对船模斜浪航行时的横摇力矩有较大影响.     

基于RANS 升力法的轴流泵多方案优化设计

传统升力法参考与设计泵性能接近的母型泵以完成两栖车喷水推进轴流泵设计，该方法设计的轴流泵水动力性能存在缺陷和不足，本文基于RANS法，借助于商用软件ICEM（前处理）和CFX（后处理）对传统升力法设计的轴流泵水动力性能缺陷和不足进行改进。在验证RANS法准确性的前提下，在某型两栖车喷水推进器的升力法设计过程中，母型泵与设计泵性能参数相差较大的情况下，通过RANS法对影响轴流泵水动力性能的相关参数进行优化，表明通过弦长优化方案和翼型拱度优化方案的轴流泵改进设计均能达到预期优化目标，其弦长变化比 或拱度变化比 时，其轴流泵的水动力性能较佳，满足最终设计方案需求。     

针对滑行艇水动力特性的非定常预报方法及应用

基于RANS方法和VOF模型,建立滑行艇定常水动力特性预报方法。在此基础上,针对艉吃水量求解问题,结合6DOF模型和重叠网格技术,建立滑行艇非定常水动力特性预报方法。典型算例验证表明,该方法能有效预报滑行艇的阻力和艉吃水量,预报精度满足工程应用需求。进一步应用该方法分析某滑行艇艇型底部细节设计对水动力性能的影响,结果表明,该方法可有效指导滑行艇精细化设计,弥补传统设计方法的不足。