不均匀进流场下螺旋桨非定常力的数值模拟

本文基于STAR-CCM+对非均匀来流下的螺旋桨非定常力进行数值模拟,通过与试验值进行比较,分析了时间离散格式、单位时间步长螺旋桨旋转角度与网格密度对计算结果的影响。结果表明,在螺旋桨非定常力计算中,螺旋桨单位时间步长的旋转角度应为1.8°同时选取二阶时间离散格式,桨叶表面网格的边界增长率设定为medium就可以达到计算精度的要求。并在此基础上,对Suboff全附体潜艇模型下3个螺旋桨的非定常力进行数值模拟,分析桨叶个数以及桨叶侧斜对非定常力变化幅度的影响。     

基于正交试验方法的重叠网格技术不确定度研究

为研究重叠网格方法在背景网格和局部网格区域插值所引入的额外数值误差,本文结合正交试验方法和ITTC不确定度分析方法,对该数值误差、网格尺度、时间步长和湍流模型进行了多因子不确定度分析。数值计算工况采用L_9(3~4)正交表进行设计,考虑网格形式、网格尺度、时间步长和湍流模型四个因子,每个因子采用3个水平。不确定度分析结果表明,因子时间步长和网格尺度得到了验证和确认。正交试验方法中的方差分析表明,因子湍流模型和网格形式对数值模拟误差的影响相比于时间步长和网格尺度并不显著,即量级相当。     

潜艇操纵水动力数值预报网格与湍流模型选取研究

针对采用计算流体力学(CFD)数值方法预报潜艇操纵水动力中,网格划分和湍流模型选择的问题。以SUBO)FF潜艇模型为对象,对不同网格分辨率的模型进行了水动力计算,对网格的收敛性进行了研究,采用五种不同湍流模型,计算得到了不同漂角下潜艇所受水动力,并和试验结果进行了比较。研究结果表明,在采用CFD数值方法预报潜艇操纵水动力时,纵向力对网格分辨率有较高要求,而侧向力和力矩对网格分辨率要求较低,在湍流模型选择上,采用标准k-ω湍流模型能够获得与试验结果更相符合的计算结果,是目前硬件条件下潜艇水动力CFD预报比较合适的一种湍流模型。     

基于动网格技术的潜艇热尾流浮升规律研究

针对基于相对运动的"排水法",无法全面、准确地反映潜艇热尾流浮升扩散规律,建立基于动网格技术的潜艇水下航行的二维计算模型,利用流体计算软件Fluent对潜艇排放过程中的流动-传热过程进行数值模拟。采用网格重构和网格光顺方法结合Profile运动边界驱动机制实现网格区域运动,确保模型符合实际运动规律。研究动网格技术和"排水法"热尾流最大浮升高度沿流向分布情况,最大浮升高度和中心温度随时间的变化规律。研究结果表明:动网格技术对于潜艇航行过程中的热尾流浮升过程有较高的计算精度;模拟结果捕捉到了浮升过程中流动和传热的瞬时变化,揭示了热尾流浮升扩散的规律。研究结果进一步为潜艇红外特征研究提供了理论支持和方法思路。     

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。     

小水线面双体船耐波性能CFD不确定度分析

基于ITTC推荐的CFD不确定度分析规程,开展基于RANS方程的小水线面双体船(SWATH)波浪中纵向运动计算结果的不确定度分析。分别验证计算模型的网格收敛性和时间步长的收敛性,发现相比于网格的疏密,该数值求解模型对于时间步长更为敏感。通过与试验数据进行对比,计算结果基本得到确认,并由此建立了顶浪规则波中SWATH船纵向运动数值计算结果的确认等级。在此基础上,进一步开展了该SWATH船在2个波高多个波长条件下的运动求解,计算结果均与试验结果吻合较好,说明所采用的数值计算模型对于求解SWATH船在波浪中的运动问题具有较好的适用性和可靠性。     

对转桨水动力性能预报及影响参数分析

论文采用混合面模型(MPM)和滑移网格模型(SMM)两种不同方法预报对转桨水动力性能,通过与试验结果对比,两种方法都能比较好地预报对转桨的水动力性能,但是SMM方法的预报精度要比MPM方法高;然后,针对滑移网格模型(SMM),研究对转桨水动力性能计算的影响参数,包括网格数目、时间步长、计算时间。结果显示网格数目和计算时间达到一定值以后,对于计算结果几乎没有影响。时间步长越小,预报的结果与试验结果越接近。     

基于CFD的船舶水动力计算收敛性分析

为基于计算流体动力学（Computational Fluid Dynamics,CFD）的单体船型水动力性能计算参数提供参考依据,开展相关的收敛性分析。采用CFD数值计算,分析网格尺度、湍流模型和时间步长对于船舶水动力计算的收敛性影响,提出基于CFD的船舶水动力计算优化参数模型,并以水池模型试验验证所提方案的准确性。采用船长2.83%的非结构化网格进行流体计算域网格划分,采用Realizable k-ε湍流模型,计算时间步长取波浪遭遇周期Te的1/200,可更加合理地模拟船舶在规则波中的运动响应,为基于CFD的船舶阻力与耐波性计算提供确定依据。     

基于CFD技术的滑行艇静水阻力计算

滑行艇作为一种高性能船舶,被广泛地应用于军事、运输、娱乐等方面,而滑行艇的阻力性能备受人们关注。本文基于CFD技术开展了滑行艇阻力计算研究,分析了时间步长与近壁面网格划分对计算精度的影响。数值计算结果表明,时间步长和近壁面网格划分的不同主要影响的是滑行艇的摩擦阻力以及艇底的气液分布情况。选择合理的参数设置可以使数值计算结果与试验较好地吻合,证明了CFD技术计算滑行艇阻力的可行性。     

网格划分及其不确定度研究

对水面船舶阻力性能数值计算中网格不确定度开展了数值计算与试验研究。以三体船中体为计算模型,基于CFD软件FLUENT,分析了船体表面网格尺度大小、第一层网格节点到船体表面的距离、网格节点分布比例系数三个因素对船体阻力计算的影响。通过改变各个网格因素,对不同网格进行了数值计算,最后将计算结果与试验结果进行了对比,分析了不同的网格划分方式对计算结果的影响,从而得到了一套比较可行的船模数值计算网格划分方法,为船模数值计算网格划分提供一定的参考。     

潜艇抗沉辅助决策系统研究

潜艇抗沉辅助决策系统是提高潜艇损管指挥效能的有效途径。根据潜艇不沉性理论,结合潜艇不沉性的数学模型,针对潜艇水上和水下发生破损情况,建立辅助决策模型,给出了包括浮态、稳性、破损舱室灌注时间等信息的计算方法。基于潜艇水下抗沉要求,提出了高压气使用的优选方案和平衡艇体步骤,对潜艇抗沉训练、战场抢修和生命力保障提供了信息支持。     

基于旋转坐标系方法的潜艇旋臂试验数值模拟

潜艇水动力系数对其水动力性能研究具有重要意义。为了获取潜艇旋转导数,本文以结构化网格为背景,采用旋转坐标系方法将潜艇旋臂试验数值模拟转化为定常问题,对Suboff裸艇与全附体在2种不同的湍流模型下进行数值仿真,并与试验数据对比,发现仿真结果与实际较为相符,其中标准k-ω的仿真结果总体优于 RNGk-ω,表明方法可行且拥有较高计算效率。本研究对获取潜艇旋转导数有一定参考价值。     

潜艇流场数值模拟及不确定度分析

为了分析计算流体力学预测结果的可信度问题,采用雷诺平均N-S方程,结合SSTκ-ω湍流模型,对验证研究用的美国DARPA潜艇模型SUBOFF光体湍流场进行数值计算,预报了艇体压力系数,计算流体力学预报值与实验基准数据有较好地吻合,并对雷诺平均N-S方程法进行了验证与确认,不确定度为1.52%.本文相关计算网格数20万左右,单机运行时间大约在2 h后得到收敛值,充分显示了计算流体力学方法在潜艇初步设计中预测水动力性能的高效性、可用性与可信性.     

操纵运动潜艇水动力计算研究

采用FLUENT软件对一模型艇在不同漂角下运动的升沉力系数和表面压力分布进行计算,验证了该软件解决此类问题的有效性。在此基础上,对作操纵运动的潜艇主体和带附体的全艇体,在一定攻角和漂角下的垂向力、俯仰力矩和横向力、纵倾力矩进行计算,取得了工程上较为满意、实用的精度,为解决潜艇操纵运动水动力预报的困难做出了有益的探索。     

静水压力作用下的圆锥壳强度分析

圆锥壳结构在耐压容器与潜艇耐压壳体设计中被大量使用.文章建立了一种计算静水压力下圆锥壳强度的计算方法,利用幂级数法计算圆锥壳平衡微分方程的通解,通过构造变形函数利用Galekin法确定特解.算例结果表明文中提供的方法与有限元结果相当吻合,文中方法可以推广到轴对称压力作用下环肋圆柱壳结构强度分析.     

基于CFD的潜艇阻力及流场数值计算

运用雷诺平均N-S方程,使用CFD前处理软件ICEM CFD划分流场网格,采用RNG k-ε湍流模型,实现了对裸潜体、带指挥台围壳艇体、带十字尾翼艇体、全附体潜艇4种模型的阻力及粘性流场的数值模拟。通过数值模拟,得到了潜艇表面压力分布情况和附体附近流场的一些特性,为进一步优化潜艇的艇型和分析潜艇的流噪声打下了基础。而阻力的对比在一定程度上验证了数值模拟的可靠性。     

潜艇耐压壳体周疲劳分析及贝叶斯法寿命估算

对潜艇耐压壳体的低周疲劳问题进行了分析和研究,并应用贝叶斯方法对潜艇耐压壳体疲劳热点的剩余疲劳寿命进行估算,给出了一种在仿真量不足的情况下进行统计推新的新途径,在一定程度上弥补了传统方法的缺陷。     

基于重叠网格的导管桨非定常水动力性能数值模拟

为了研究特种推进器导管桨在非定常下的水动力性能,本文提出一种基于重叠网格的方法,实现了导管桨旋转过程中的非定常水动力性能仿真高精度模拟。本文通过求解RANS方程,采用湍流模型Realizableκ-ε,借助新款计算流体软件STARCCM+,应用重叠网格技术和MRF模型分别计算了导管桨在非定常与定常时的水动力性能,分析了压力流场细节,并与已有试验值进行对比,验证了采用重叠网格技术和STAR CCM+流体软件应用于导管桨非定常和定常水动力性能计算的可靠性。研究结果表明,应用重叠网格技术获得的非定常水动力性能的计算精度更高,尤其是在螺旋桨的推力和扭矩方面。     

潜艇高压气吹除主压载水舱过程的数值模拟

采用结构化六面体网格对主压载水舱内部流场进行离散化,基于FLUENT流体计算软件,应用VOF两相流模型,对10 m及20 m水深时高压气吹除主压载水舱过程进行了数值模拟,研究了气液两相界面的形成及生长过程,深入分析了水舱排水速率的变化规律,并针对压载水的残留现象提出了实际操艇过程中需要注意的问题。仿真结果与现有文献中实体模型的实验结果吻合较好,均揭示了吹除过程中水舱内部压力及排水速率的波动现象,验证了数值模拟方法的准确性和有效性。为与实际情况相符,还提出了针对入口及出口边界条件的改进方案。     

带有消声瓦的潜艇耐压壳在流场中的阻尼振动和层间应力

在壳厚方向采用位移和应力插值函数,应用混合分层理论和壳体在流场中所受的流体动压力.推导带有消声瓦的潜艇耐压壳在流场中的动力学方程.采用迭代的方法求出潜艇耐压壳在流场中阻尼振动的解.在不同粘弹性材料弹性模量和厚度下.分别计算了潜艇耐压壳在流场中阻尼振动的一阶固有频率、结构损耗因子和层间横向应力的幅值.结果表明,随粘弹性材料弹性模量的增大,一阶固有频率和结构损耗因子增加,随粘弹性材料层厚度的增大,结构损耗因子增加.一阶固有频率减小.较高的层间法向正应力是造成潜艇消声瓦在流场中低频振动脱落的主要原因.采用较高模量和厚度的牯弹性阻尼材料将有效地降低潜艇耐压壳在流场中阻尼振动的层间应力的幅值.