基于势流理论的大型船舶最小装机功率波浪增阻预报

IMO组织对于船舶最小功率要求提出了严苛要求,为求得船舶最小功率要求需要计算船舶在极端海况下受到的总阻力,其中波浪增阻的计算最为困难。目前广泛采用的CFD方法在计算VLCC这类超大型船舶的波浪增阻时效率较低。为快速准确计算这类船舶的波浪增阻,本文以32万吨VLCC为例,利用水动力计算软件Aqwa分别计算出其在静水及波浪环境下受到的阻力,通过两者相减得到波浪增阻。与模型试验结果相比较发现,采用三维势流理论预报波浪增阻计算效率高且结果准确,可作为此类船舶开发前期的波浪增阻预报参考。但在单独计算静水及波浪中阻力时误差较大,不建议采取这一方法。本文验证了这一方法在低Frude数时的准确性,高Frude数时这一方法是否有效还需进一步验证。     

最小推进功率计算中波浪增阻计算方法研究

IMO推出最小推进功率计算导则,以防止在减小EEDI指数过程中无限降低主机功率,保障船舶在恶劣海况下的航行安全.论文介绍了最小推进功率计算的流程,特别是计算航速和风浪环境条件的确定,重点研究其中波浪增阻的计算.基于RANS方法构建数值波浪水池对船舶在波浪中的运动进行模拟,可得到稳定、高质量的波浪场和稳定的船体运动响应....     

高速船波浪增阻数值预报方法研究

海洋气象因子fw是国际海事组织（IMO）提出的EEDI计算公式中的重要成分,而船舶波浪增阻是决定fw的关键,由于国际上关于高速船波浪增阻预报方面的研究很不完善,为此文章基于二维半理论求解水动力和运动响应,利用几种不同方法对波浪增阻进行计算,并与模型试验结果相比较,在此基础上,推荐了一种适合计算高速船波浪增阻的方法。     

基于最小推进功率的阿芙拉级油船波浪增阻计算方法的研究

船舶能效指数(EEDI)的强制实施使得设计的船舶主机功率有一定程度上的降低。以阿芙拉级油船为例,评述几种波浪增阻计算方法以及其精度,并进一步开展第二层方法的评估。分析波浪增阻计算精度对最小推进功率评估的影响,为新船型的最小推进功率验证提供参考。     

一种肥大船全波长范围波浪增阻计算的混合方法

能效设计指数（EEDI）的推出对船舶设计提出了更高要求。波浪增阻的快速预报在船舶型线设计中具有重要意义。本文提出一种混合的波浪增阻计算方法,结合经验公式和势流理论优势的同时规避了二者的缺点。在波长较长时,采用切片理论预报船体运动响应并使用Salvensen法对波浪增阻进行预报。在波长较短时,采用Faltinsen经验公式或者藤井和高桥的近似公式进行波浪增阻计算。引入一个过渡函数实现长短波中波浪增阻预报结果平稳过渡。对Wigley3、KVLCC2船和一艘50 000 t油船在规则入射波下航行时的阻力增加进行数值计算,并与试验值和其他计算数据进行比较,验证了该方法的可靠性和适用性。     

中型豪华游船波浪增阻数值模拟分析

船舶在波浪中航行时由于波浪的扰动阻力较静水中有所增加,称作船舶在波浪中的增阻现象。文章对某中型豪华游船在设计航速下,进行静水和不同波浪条件中的三维粘流流场数值模拟及模型试验验证。为后续型线设计提供依据,有较好的实际应用前景。     

基于点云特征提取的波浪增阻预报及对比研究

目的为在设计阶段快速预报船舶波浪增阻,提出一种基于点云特征提取的神经网络模型——波浪增阻点云预报模型。方法以S60船为例,与传统的基于主要设计参数的模型预报进行对比;参照船模试验结果,分析点云预报模型在准确性和稳定性等方面的优势,探讨利用静水阻力预训练优化模型的方法。结果结果显示,基于点云特征提取的波浪增阻预报模型在全部5艘S60母型船上的预报结果的决定系数R² = 0.74～0.90,而基于主要设计参数的模型会在部分船型中失效。结论所做研究可为船舶波浪增阻预报提供新的思路和方法,有利于在设计阶段充分考虑波浪增阻的影响从而有利于设计和优化船型。     

基于三维势流理论的耐波性数值预报

准确预报船体运动响应对于砰击等波浪载荷的计算以及合理结构设计具有重要意义。船舶在大幅波浪中的运动呈明显的非线性,而现阶段耐波性预报多采用线性切片方法。三维水动力分析软件 WASIM基于时域势流理论,采用 Rankine面元法预报船舶在波浪中的运动响应,并考虑了多种非线性因素。本文以标模 DTMB5512为对象,采用 WASIM预报其在不同航速下的耐波性,并与基于线性切片理论的计算结果和模型试验结果进行对比。结果表明：利用 WASIM计算得到的船体运动响应比其他方法更接近试验值,合理体现了船舶在风浪中的实际耐波性能。因此,利用 WASIM能够较好地评估船舶在波浪中的非线性耐波特性。     

基于三维势流理论的耐波性数值预报

准确预报船体运动响应对于砰击等波浪载荷的计算以及合理结构设计具有重要意义。船舶在大幅波浪中的运动呈明显的非线性,而现阶段耐波性预报多采用线性切片方法。三维水动力分析软件WASIM基于时域势流理论,采用Rankine面元法预报船舶在波浪中的运动响应,并考虑了多种非线性因素。本文以标模DTMB5512为对象,采用WASIM预报其在不同航速下的耐波性,并与基于线性切片理论的计算结果和模型试验结果进行对比。结果表明:利用WASIM计算得到的船体运动响应比其他方法更接近试验值,合理体现了船舶在风浪中的实际耐波性能。因此,利用WASIM能够较好地评估船舶在波浪中的非线性耐波特性。     

超大型集装箱船全浪向波浪增阻预报技术研究

随着IMO最小推进功率规范的实施和ISO-15016实船测试航速修正方法的修订改版,波浪增阻研究引起广泛关注,成为当前船舶耐波性领域研究的热点和难点。虽然国际上针对迎浪情况的船舶波浪增阻已开展过较为广泛的研究,但对于斜浪和随浪等全浪向中的波浪增阻预报尚未取得突破性进展。该文首先阐述全浪向中的波浪增阻数值计算与模型试验方法,然后针对2万箱超大型集装箱船开展全浪向中的波浪增阻数值计算与模型试验研究。通过与商业软件和荷兰MARIN水池试验结果的比较,证明数值预报方法有效且计算结果优于商业软件、模型试验方法可行。研究成果可用于船舶在全浪向中的波浪增阻预报,进而可用于实船测试航速修正和最小推进功率规范校核等,具有较好的工程应用价值。     

横倾船舶三维非定常扰动势流特性

当船舶出现破损淹舱或者在波浪中做横摇运动时,船体都会出现横倾,这会使得船舶在水面下的湿表面与正浮时不再相同,船体周围的非定常流场因此会发生改变。本文基于三维线性势流理论,使用奇点分布法对具有不同横倾角的Wigley III船型的非定常扰动速度势展开计算,进而求解Wigley III船型水动力系数与波浪激励力。计算结果表明,横倾对垂荡、横摇、纵摇水动力系数的影响比较明显;在顶浪下,横倾对横向的波浪激励力影响显著。     

波浪增阻计算方法对船舶航速的影响分析

失速系数（ fw）是EEDI公式的计算参数之一。文章研究了典型海况下不同的波浪增阻计算方法对船舶航速以及fw的影响。文中主要基于三种波浪增阻理论计算模型,以肥大型船为研究对象,计算分析典型海况蒲氏六级下的波浪增阻系数的分布规律以及相同收到功率下的航速和fw。结果表明：三个理论模型计算得到的fw均低于模型试验结果;Model-3高估了不规则波中的波浪增阻值;Model-1和Model-2计算得到的fw与模型试验结果较接近。     

船舶最小推进功率导则应对研究

国际海事组织（IMO）海上环境保护委员会第76届会议（MEPC 76）以通函形式批准了“确定在不利海况下保持船舶操纵性的最小推进功率导则”（MEPC.1/Circ.850/Rev.3）,中国提议的船舶低航速推力减额系数t和伴流分数w的默认取值（t=0.1,w=0.15）被正式采纳。论文梳理分析现有导则与临时导则的差异,总结中国在导则制定过程中开展的应对研究工作,对比分析主流船型对临时导则和现有导则要求的符合状况以及不同版本导则中风浪增阻预报方法的差异,评估推力减额和伴流分数取值对最小推进功率评估的影响,为船舶最小推进功率导则在国内履约实施提供指导。     

水翼辅助推进船舶波浪中运动和增阻特性研究

基于在船首两侧增添（固定）水翼的水翼辅助推进船舶的设想,选取集装箱船型作为研究对象,采用三维面元法对原型和水翼船在规则波中的运动和增阻响应进行了预报,并与试验结果进行比较,验证了计算结果的准确性。研究结果表明水翼能够有效地减小船舶在波浪中的纵摇、垂荡和增阻响应,其中添加水翼船在波浪中的纵摇和垂荡响应峰值分别减少了21%和24%,而增阻响应则减小了80%。此外还对水翼展弦比和安装位置对船舶在波浪中的运动和增阻响应的影响进行了研究。     

大型邮轮安全返港的波浪增阻评估研究

以15万总吨级大型邮轮为研究对象,分别开展迎浪工况下航速6 kn时的波浪增阻模型试验和基于三维势流理论的数值计算,并根据试验和计算的结果预报实船波浪增阻和总阻力.结果显示:模型试验和数值计算得到的波浪增阻因子响应函数及波浪增阻的变化趋势一致,在考虑风阻力后由模型试验与数值计算预报的实船总阻力之间的最大相对误差为3.6％.采用数值计算方法进行大型邮轮安全返港波浪增阻预报是可行的.     

数值波浪水池与排水型高速船波浪增阻计算方法研究

基于CFD技术对三维数值波浪水池以及排水型高速船波浪增阻进行计算研究。采用在水池入口处模拟波浪速度的方法造波。水池尾部采用人工阻尼结合稀疏网格消波,自由面采用VOF方法处理,采用动网格技术结合运动控制程序模拟船舶的纵摇与升沉运动。对规则波中迎浪前进的Wigley III船模和Model 5b船模纵摇与升沉运动以及波浪增阻进行计算并与试验值进行比较、分析,为排水型高速船波浪增阻的计算提供参考。     

波浪增阻预报的研究现状与未来展望

随着国际海事组织减少温室气体排放战略的稳步推进,波浪增阻预报成为近十多年来的热点研究课题之一。作为二阶波浪力,其成因既与船舶本身特征相关,又与其营运状态和海洋环境相关。由于存在各种限制,对其进行精确测定和数值预报均十分困难。该文阐述了各种波浪增阻预报方法的研究现状,包括实验方法、基于势流理论的方法、基于求解黏性方程的方法、半经验方法和数据驱动方法等,回顾和评述了各种方法的发展历程并展望了未来发展趋势;此外,基于半经验公式,文中展示了新型船舶各航速与各海况下的平均波浪增阻等值线图,该图表便于工程实践应用;最后,在充分讨论的基础上,提出了未来研究工作需重点关注的方向。