流场数值模拟技术在船舶安全靠离泊中的应用

为了保障船舶靠离泊作业的安全,针对现今国内船舶操纵模拟中实验流场数据观测局限性和难度高的现状,采用流场数值模拟技术和MIKE水动力模型对复杂流向、流速水域进行准确计算,并将模拟得出的数值应用于船舶模拟器中,反映研究水域实态流场情况。最后,以宁波港某码头作为研究水域进行验证,结果表明,基于流场数值模拟技术获取的流场数据精度较高,能够较好地反映出该水域船舶操纵难易程度。     

耙吸船汇出航道的安全距离分析

为进一步保障耙吸船安全汇出航道,减少因人为因素造成事故的概率,对耙吸船汇出航道船舶流的过程进行数值模拟,并以耙吸船"通程轮"为例进行计算,确定安全汇出航道所需最小距离值,通过航海模拟器验证了最小距离值的安全有效性。     

船舶迎浪垂荡纵摇运动数值模拟

为提高航海模拟器行为真实感,建立高精度的船舶在波浪中运动的数学模型。在势流理论范畴内,以普通切片法为基础,采用刘易斯保角变换法求出船舶各个横剖面的附加质量与阻尼系数,再进一步计算出全船纵向水动力系数与波浪激励力,最终开发出船舶以定常航速在迎浪中垂荡纵摇运动数值模拟程序。对一艘渔船模型的运动进行数值预报,并与试验值做充分的比对,结果表明所开发的程序是可靠稳定的。     

三角形沟槽表面流场的数值模拟

湍流阻力在流体运输、航空和航海等领域广泛存在,是管道、常规运输机、水上船只、潜艇和机翼等与粘性流体接触的工作部件的主要能耗来源.文章利用有限体积法对26种三角形仿生非光滑沟槽表面流场进行了数值计算.近壁面区采用B-L两层模型,外区采用雷诺应力模型.通过与油槽实验数据定性对比,验证了数值模拟沟槽非光滑表面减阻的精度及可靠性,为软件模拟非光滑壁面流场提供依据.同时还对7种压力梯度下沟槽表面流场进行模拟,研究了压力梯度对减阻效果的影响.     

三维视景库在航海雷达模拟器中的应用

目前的航海雷达模拟器中的回波模拟大多是基于二维海图,这种方法比较简单,生成的回波与真实雷达回波还有较大差距。文中根据雷达所在位置,基于三维视景库模拟雷达回波图像。采用圆周扫描方式,实时访问视景库获取相关数据信息,用射线与三角形求交计算物表回波位置,利用漫反射光照模型计算物标的回波强度。经模拟得到了较好的回波图像、     

基于Lighthill声类比的流激噪声三维计算及验证

随着舰艇管路系统中阀门、泵及弯管等部件流激噪声问题的日益突出,水动力流激噪声数值计算方法逐渐受到关注。针对阀门的流动诱导噪声问题,文章结合大涡模拟和Lighthill声类比理论,建立了流激噪声混合计算方法并对类阀空腔模型进行了数值模拟和验证。首先,流场采用大涡模拟计算了低马赫数下三维类阀空腔模型的非定常流动。然后,将流场计算结果导入ACTRAN,通过ACTRAN中基于有限元/无限元的Lighthill声类比理论对流噪声进行求解。最终将流激噪声计算结果与声学试验进行了对比分析。对比结果表明,该流激噪声混合计算方法可行且计算结果可靠,可应用于水动力噪声的研究。     

液氮绕水翼低温空化流数值模拟(英文)

为研究低温空化流场特性,考虑液氮的热力学参数和空化时两相间的能量交换,利用数值模拟方法对液氮绕水翼低温空化特性进行了分析。基于均质多相流模型,采用Zwart空化模型对液氮绕水翼低温空化流进行稳态计算,修正了Zwart空化模型中蒸发和冷凝系数,给出了水翼表面压力、温度及空化强度的分布。数值结果同采用Schneer-Sauer空化模型计算的结果进行了比较。水翼表面压力和温度的数值结果与Hord实验数据吻合较好,验证了数值模拟的有效性。     

航海模拟器配备立体视景系统的方法研究

为了进一步增强航海模拟器的环境真实感,提高船员培训及港航工程论证等相关研究的精确度,有必要为航海模拟器配备立体视景系统。通过总结立体显示系统的原理及方法,深入分析并比较了主动立体与被动立体显示系统、偏振光与INFITEC技术的优缺点,根据航海模拟器的自身特点,提出了一种基于普通微机和普通投影仪,利用INFITEC技术构建多通道被动立体显示系统的方法,并成功应用于航海模拟器的立体视景系统及集装箱吊卸CAVE仿真系统。此方法不但增强了立体视觉的效果,而且大大地降低了立体视景系统的成本,为普及配备立体视景系统的航海模拟器提供了一种解决方案。     

KVLCC2船模斜航运动粘性流场及水动力数值计算

采用CFD商业软件FLUENT对KVLCC2模型的斜航运动粘性流场进行数值模拟,计算得到了不同漂角时的横向水动力、首摇力矩、船体表面压力分布及尾流场,通过将计算结果与试验结果进行比较,验证了文中计算方法的有效性.文中采用SST k-ω和RNG k-ε两种湍流模式进行了水动力计算及流场数值模拟,通过将其结果与试验结果进行比较,得出了SST k-ω模式较RNG k-ε模式更为适合于实际船型的斜航运动粘性水动力计算和流场数值模拟的结论.     

Simulation of Liquid Nitrogen around Hydrofoil Cavitation Flow

为研究低温空化流场特性,考虑液氮的热力学参数和空化时两相间的能量交换,利用数值模拟方法对液氮绕水翼低温空化特性进行了分析.基于均质多相流模型,采用Zwart空化模型对液氮绕水翼低温空化流进行稳态计算,修正了Zwart空化模型中蒸发和冷凝系数,给出了水翼表面压力、温度及空化强度的分布.数值结果同采用Schneer-Sauer空化模型计算的结果进行了比较.水翼表面压力和温度的数值结果与Hord实验数据吻合较好,验证了数值模拟的有效性.     

基于CFD软件的三维船体粘性流的数值模拟

利用商业CFD计算软件FLUENT,在不考虑自由液面情况下,对某低速肥大型船进行粘性流数值模拟,得到在不同傅氏数下的船体摩擦阻力系数及船体周围流场信息,通过把数值模拟计算的摩擦阻力系数和经验公式相比较,验证了FLUENT用于预报三维船体摩擦阻力的有效性,所得到的船体周围的流场信息可以为线型的优化提供一定的参考数据。     

混合推进系统喷水推进器与螺旋桨相互作用研究

通过求解雷诺时均的RANS方程数值模拟了单独喷水推进器和螺旋桨的流场,并用试验数据验证了数值计算的结果。在得到满意的结果之后,数值模拟了一台喷水推进器与两个螺旋桨混合推进系统的流场。通过流线和压力分布等研究混合推进系统流场特点。混合推进系统中,喷水推进器与螺旋桨的进、出流条件都发生了的改变,其中螺旋桨的改变较大。不同螺旋桨旋向计算结果表明,外旋桨有助于改善混合推进系统中喷水推进器的进流、提高整个推进系统的效率。数值计算和理论分析都表明,混合推进系统中,螺旋桨性能对流场的变化更敏感,在设计时应给予更多的关注。     

不同舰船机库外形下艉流场特征数值模拟研究

为了研究舰船艉流场特性,采用基于SA湍流模型的非定常脱体涡模拟(Detached-Eddy Simulation,DES)对典型护卫舰船艉流场进行数值模拟,研究三种不同机库外形在0°与右舷45°自由来流风向角下的非定常特性以及对舰船艉部大分离流场的影响,尤其是对舰载直升机起降环境的影响,并推导了快速预测舰船艉部回流区范围的经验公式。通过与风洞试验数据对比,验证了该计算方法的准确性。由非定常计算的时均结果与瞬时结果表明,相比两侧较低高度的机库外形,等高外形的机库不利于直升机的舰面安全起降;通过合理的降低机库高度可以有效地改善艉部飞行甲板处的起降环境;研究结果验证了经验公式对回流区范围预测的有效性。研究成果可为工程应用提供参考。     

格子Boltzmann方程模拟高雷诺数三维方腔流

为分析方腔流内部流场的特性和验证格子Boltzmann方法模拟湍流的能力,应用标准Smagorinsky涡粘性模型与多松弛时间格子Boltzmann方程(Multiple Relaxation Time Lattice Boltzmann Equation,MRT-LBE)组合对高雷诺数(Re=10 000)三维方腔流进行数值研究,计算了时间平均量,如速度,均方根速度、雷诺应力以及中心断面(y=W/2)处的流线等高线。模拟结果与已有实验和数值模型结果比较可知,MRT-LBE能够精准地计算剪切驱动方腔内流场的变化。另外,将基于图形处理(graphic processor unit,GPU)的计算统一设备架构(Compute Unified Device Architecture,CUDA)并行技术引入到基于MRT-LBE的Smagorinsky模型以提高计算效率,计算效率提高达200倍。     

数值水池船模自航试验方法研究

同时考虑自由液面、真实螺旋桨的旋转运动,在数值水池实现了船/桨整体流场的数值计算。在既定航速下,推力与船体阻力为螺旋桨转速的函数,通过变化转速得到自航点。文中数值计算得到的自航点与物理水池试验自航点吻合良好。根据数值自航试验结果,不仅可通过积分的方法计算伴流分数与推力减额分数,还可详细分析螺旋桨进流与桨叶的速度、压力分...     

KCS标称伴流场的尺度效应数值分析

为了研究标称伴流场的尺度效应,对不考虑自由液面效应的KCS船的粘性绕流场进行研究,并基于RANS方法和SST k-ω模型对包含实尺度的7种不同尺度下的标称伴流场进行数值计算。然后,将模拟结果与试验数据进行对比,进一步分析标称伴流场的尺度效应。结果显示:各半径处平均轴向伴流分数的倒数与雷诺数的对数呈正相关;KCS裸船体桨盘面处的标称伴流场存在2个伴流峰,且伴流峰值会随雷诺数的增加而减小,有利于减小螺旋桨的空泡和激振力;小尺度模型的尺度效应更为明显,且内半径处的平均轴向伴流分数尺度效应问题比外半径处的更为严重。     

小水线面双体船五自由度运动建模与仿真

[目的]为了提高航海模拟器中小水线面双体船(SWATH)的模拟精度,更好地掌握此类船舶的操纵特性,[方法]根据SWATH船型的运动特点,在MMG三自由度模型的基础上,较为完整地计入耦合的纵荡、横荡、艏摇、横摇及纵摇运动,建立SWATH的五自由度运动数学模型。基于此应用模型建立SWATH的实船数学模型,对该数学模型进行微分求解,仿真模拟SWATH的旋回运动、Z形运动,并进行定性分析。[结果]分析显示:仿真模拟结果符合SWATH操纵运动原理及实际运动特征,验证了数学模型的准确性。[结论]该模型可真实反映实船的运动规律,可应用于航海模拟器中。     

航海模拟器中岸壁效应的计算方法

狭水道及岸壁效应是对船舶操纵有着重要影响的外界因素,在航海模拟器中,如何很好地模拟船舶在狭水道和近岸航行时在操纵上所受到的影响一直是模拟器研究的一个重要课题,通过对实船试验得到的数据进行分析,针对运河或狭水道对船舶操纵的影响,提出一种在航海操纵模拟器中准确、简单的模拟狭水道及岸壁效应对船舶操纵影响的计算方法。     

新型防波堤消浪特性数值模型的建立与验证

为探究新型圆弧护面透空式防波堤的水动力特性,建立三维数值波浪水槽,对其开展模拟研究工作。本文从模型的建立、自由面追踪技术和方程的离散求解等方面对数学模型进行了详细的阐述,利用实验数据对计算结果进行了验证,验证结果表明,该数值模拟方法的计算结果与实验数据有很好的相关性,证明本文构建的数值模型可以用于防波堤的波浪结构特点分析和附近的流场计算研究。     

螺旋桨低频流噪声模拟方法研究

针对DTMB P4119螺旋桨在进速比为0.833时的流噪声进行研究,探讨螺旋桨低频流噪声数值模拟方法。首先采用大涡模拟方法模拟螺旋桨的非稳态流场,然后求解K-FWH方程预测低频流噪声。将计算得到的推力系数和扭矩系数与实验值比较,验证流场模拟的正确性。从流场仿真结果可以看出,螺旋桨表面存在连续的涡脱落现象。声场计算的结果表明:离散噪声远大于宽带噪声;宽带噪声主要由螺旋桨表面的涡脱落引起,宽带噪声引起螺旋桨近场总声压级的周向波动;在同一半径处总声压级沿轴向逐渐减小,在同一平面内总声压级沿径向先增加后减小。