21世纪的船舶性能计算和 RANS方程

本文从势流兴波阻力研究、船体的粘性绕流、螺旋桨的性能计算、船舶耐波性和船舶操纵性等五个方面系统地回顾了船舶流体性能计算近40余年来的发展,对他们发展的脉略、存在的主要问题、不同时期出现的解决方法,作了较为全面的评述,并对21世纪的船舶性能计算作了展望,指出：(1)船舶流体力学中势流为控制因素的问题,将统一在基本源的框架下;(2)RANS方程在船舶性能计算中的实际应用已经提上日程,可望在21世纪成为各领域中的主要计算模式;(3)求解RANS方程的商业软件在船舶流体力学计算中的作用不可低估;(4)计算模式的统一和商业程序的应用将使比较抽象的流体力学更接近生活,更容易为工程技术人员所理解、所接受。文后附有154篇有关主要文献。     

采用Rankine源,RANSFS组合方法求解计以影响的船舶粘性绕流问题

本文开发了边界单元（Ｒａｎｋｉｎｅ源）方法与ＲＡＮＳＦＳ方法相组合求解计及船波影响的船舶粘性绕流问题的切合在微机上实施的方法。对Ｓ６０（Ｃｂ＝０．６）船模,在Ｆｎ＝０．３１６,Ｒｎ＝１０＾６之下进行了计算验证。对边界单元法中Ｚ＝０面上网格的划分,提出了一种不同的网格划分思想,算得了令人满意的波高分布。对这一组方法的收剑性进行了较为仔细的考察。总阻力系数Ｃｔ的计算值,与测量值的相对偏差达到〈５％。对     

利用自由面RANS方程进行船舶阻力预报

应用各种网格划分计算了不同流动情况的阻力,比较了各种因素对阻力预报精度的影响,并提出了使计算收敛的最佳方法。     

绕船体自由面周围三维粘性流场的数值模拟

本文采用有限体积法通过求解不可压缩的雷诺平均(RANS)方程数值模拟了包括兴波的三维船体周围的粘性流场,湍流模式使用了子网格尺度模式(SGS)和Baldwin-Lomax模式相结合的混合模式.对于自由表面的处理,采用了任意拉格朗日-欧拉方法,网格为不仅与物体表面贴体,而且与自由表面贴体的动网格,即随着自由表面的变化要不断地重新划分网格.虽然此方法需要很长的计算时间,但能较好地描述船体的兴波情况.本文计算了系列60船模在Fn=0.316,Re=1.9×106时带自由面的粘性流场,计算结果与试验结果吻合较好.，An finite - volume method solving of incompressible RANS Equations is developed for the numeri-cal simulation of three - dimensional viscous flow with free - surface about a ship. A hybrid turbulence mod-el by combining the sub - grid scale (SGS) model and the Baldwin- Lomax model is used in this pa-per. The arbitrary - Lagrange - Euler formulation is devised for the treatment of free surface boundary condi-tion. The boundary - fitted coordinate system is fitted not only to the ship hull surface but also to the freesurface, so the computational grid is regenerated to follow the free surface deformation. Although this methodneeds spend much longer computational time, but it can fairly display wave pattern made by a ship. The nu-merical simulation has been carried out for viscous flow with free surface past Series 60 ship hull at Fn =0. 316, Re = 1.9 × 106. The computed results are in reasonable agreement with experimental measure-ments.     

采用Rankine源、RANSFS组合方法求解计及波影响的船舶粘性绕流问题

本文开发了边界单元(Rankine源)方法与RANSFS方法相组合求解计及船波影响的船舶粘性绕流问题的切合在微机上实施的方法.对S60(Cb＝0.6)船模,在Fn＝0.316, Rn＝106之下进行了计算验证.对边界单元法中Z＝0面上网格的划分,提出了一种不同的网格划分思想,算得了令人满意的波高分布.对这一组合方法的收敛性进行了较为仔细的考察.总阻力系数Ct的计算值,与测量值的相对偏差达到＜5%.对波高的考察显示,粘性对波的影响主要集中在船体表面附近.     

迎浪时基于非线性运动方程的船舶RANS数值模拟

迎浪航行是船舶运动是非线性运动,采用一类具有齐次解的二阶偏微分方程描述迎浪时船舶的非线性运动,构建船舶迎浪航行控制的非线性运动方程,在临界稳定条件下分析船舶非线性微分方程的齐次解,在非线性波动运动模式下,建立船舶非线性运动方程的局部寻优模型,采用最小二乘拟合方法进行迎浪航行的控制参量寻优,实现非线性运动方程的船舶RANS数值仿真模拟,根据RANS数值模拟结果实现船舶非线性运动优化控制。数值仿真分析表明,迎浪时船舶非线性运动方程具有稳定收敛的齐次解,能实现对船舶的超稳定性控制。     

带导管轴对称体三维不可压缩总体粘性流场计算与模型试验

利用 TASCflow3 D求解了带导管轴对称体的三维不可压缩粘性湍流内外粘性流场的绕流问题 ( Re=5 .6× 1 0 6 )。基本求解器控制方程为 RANS方程 ,并使用了标准 k-ε封闭模型。离散化用有限元方法描述几何图形的有限体积法 ,既保证了有限元描述几何体的灵活性 ,又保证了有限体积法的守恒特性。利用多块代数多重网络技术加快收敛速度 ,使其求解实际工程中复杂几何体绕流问题能力大大增强。数值结果与试验进行了比较 ,表明本方法收敛性态良好 ,适用性强 ,结果置信度高     

小水线面双体船粘性流数值模拟

利用商业软件FLUENT对一小水线面双体船(SWATH)的粘性绕流进行数值模拟,得到了不同航速下的三维粘性流场和粘性阻力,通过对计算结果的分析、比较,验证了FLUENT用于预报小水线面双体船粘性阻力和伴流分布的有效性和实用性。     

绕船体粘性自由面流动的数值计算

考虑自由面的船舶粘性流动计算由于其复杂性和对计算机硬伯的较高要求，只是到了最近几年才得到较大发展，而在国内尚属起步阶段。本文使用VOF方法计算了绕Wigley船型的粘性自由面流动，流模式选择了SSTκ-ω模型。计算获得了船体上波形以及船波等值线图，同时考察了三个不同横截面上的流动状况。计算得到的阻力还和发表的试验结果作了对比，结果令人鼓舞。     

基于Smart3D的邮船生产设计数字化标准流程

针对大型邮船生产设计内容和特点,选用Smart3D作为平台,固化邮船生产设计各阶段节点,定义节点流程工作内容,梳理邮船生产设计数字化标准流程,形成相关标准流程文档。应用表明该流程具有实际意义,可为后续大型邮船开展数字化生产设计提供参考方向。     

三维圆柱体绕流数值模拟流场选择及网格划分

文章通过数值模拟结果确定适合的三维圆柱体绕流流场的尺寸,采用不同的计算流体力学(CFD)软件对有限元模型进行网格划分,对比网格划分质量的优劣,选择适合数值模拟的软件CFX。确定采用的网格形式为六面体网格(Hex8)以及流场不同部分网格的尺寸。圆柱绕流展向各截面平均压力系数沿周向无明显变化,脉动压力系数变化显著,绕流后的旋涡发放形式具有明显的三维特性的数值模拟结果验证了本文的流场选择和网格化分尺度的合理性。     

基于势流理论的船舶操纵水动力分析

以船舶操纵水动力预报为研究背景,以无界流场势流理论为基础,采用边界元法,对目标Wigly船在斜航运动状态下的流场速度和转首力矩进行计算。分析了斜航时船舶周围流场的分布规律,研究了转首力矩随船舶漂角的变化规律。结果表明,该研究对预报斜航时船舶的运动规律具有较好的应用前景。     

基于B样条的三维船体水动力数值计算

本文采用基于B样条的一种新的数值方法计算三维船体水动力，用B样条函数表达三维船体表面的几何形状以及流场中未知物理量的分布，为了验证该数值方法的可行性和精确度首先对处于无限流体域中的圆球体绕流问题进行了计算；其次计算了由ITTC所推荐的Wigley船型的兴波阻力以及以一攻角斜航时的操纵水动力；最后在一些假设下对两船作平行航行时的干扰水动力作了相应计算工作。数值计算结果与其它试验或理论结果在定量或定性上吻合良好。     

A 2D+T VOF fully coupled formulation for the calculation of breaking free-surface flow

We present the results of simulations obtained with a free-surface flow solver based on the following method. The free surface is simulated by the volume-of-fluid interface capturing method. This code solves the Navier–Stokes equations using a finite-volume method adapted to a structured or unstructured mesh. The system is constructed using a fully coupled approach. This global approach allows the simulation of complex flow as a breaking or merging wave. Moreover, with the use of a 2D+T decomposition, it is possible to simulate three-dimensional steady flow.     

大容量多相永磁同步推进电机定位力矩的数值计算

采用有限元法对多相永磁推进电机电磁场进行数值计算。分析了斜槽系数与定位力矩的关系，提出了采用滑动边界处理定转子相对运动、利用矢量叠加汁及定子斜槽的方法。