简化护卫舰的尾流场优化研究

小型舰船在航行中，机库后方产生的不稳定回流区会影响舰载机在甲板上的作业。为了改善舰面流场，保障舰载机在甲板上的安全起降，基于改进的简化护卫舰外形（MSFS），首先结合计算流体力学和人工神经网络方法，预测不同的机库长度L和宽度W对应的回流区大小，建立两种神经网络下的回流区响应面，然后在该响应面上使用粒子群算法得到优化的舰船结构。结果表明：回流区长度随着L和W的变化呈现出明显的非线性变化；与数值模拟结果相比，误差逆传播神经网络得到的回流区长度最大相对误差约为0.9%，径向基函数神经网络得到的最大相对误差约为2.2%；两种神经网络下得到的预测回流区响应面在整体上较为相似，且在两个预测响应面上优化得到的最小回流区长度都为1.93H，和数值模拟结果之间的相对误差约为0.5%。     

淹没式丁坝三维绕流的数值模拟*

利用FLUENT中的RNG k-ε湍流模型和VOF模型对淹没式丁坝周围流场进行了数值模拟研究.计算结果表明,由于丁坝的束水作用,主流区的流速增大,丁坝下游出现了较大的回流区,回流区的流速较小.同时,水流在丁坝处发生了壅水现象,靠近丁坝上游的水位增高,经过丁坝后的水位迅速下降,并在丁坝下游沿程逐渐恢复.计算结果和试验观察与丁坝绕流客观规律相符合,流速计算结果与试验数据吻合较好,说明该模型可用于航道整治中有关丁坝的工程计算中.     

轴流式油气混输泵导叶的CFD模拟

为了研究导叶长度对轴流式油气混输泵内部流场的影响,用PRO/E建立模型,设计了不同导叶长度,基于标准的k-ε紊流模型,利用CFD软件FLUENT及其预处理软件GAMBIT,模拟了轴流式油气混输泵在不同含气率下不同导叶长度的流动情况进行计算模拟,并分析了流场模拟结果。     

回流区水流运动二维数值模拟

建立了基于无结构网格有限体积法的平面二维水流数学模型.数值方法上,采用有限体积法离散方程,并采用基于黎曼解的Osher格式计算有限体积界面通量:采用三角形单元对计算区域进行剖分;提出了一种确定紊动黏滞系数的方法.用此模型对平面上突扩引起的回流区竖轴环流进行了模拟,流速断面分布的计算结果与实测结果接近,再现了因主、副流剪切层不稳定引起的涡脱落、涡向下游输移以及被竖轴环流吞并的过程,预报了回流区的水面共振现象.     

基于CFD的全海深载人潜水器直航阻力性能研究

选用合适的CFD计算模型可以提高潜水器水动力性能研究的准确性,进而影响着潜水器的总体设计。以某全海深载人潜水器为研究对象,进行直航工况下的数值模拟,通过计算域、网格尺度等因素敏感性分析以及采用不同湍流模型下的数值模拟结果对比分析,并与实验结果进行比较,获得了适用于该潜器的CFD计算模型。通过分析,确定了前进工况中计算域的边界尺度为艇艏向前1.5倍长度,艇艉向后3倍长度,外边界距艇体2倍长度,后退工况与前进工况外边界距艇体长度相同,其余相反;通过网格敏感度分析找到了数值模拟最合适的网格数,大约在230万左右。研究发现,该潜器前进方向进行数值模拟使用Realizablek-ε湍流模型更加合适,后退方向使用Standard k-ε湍流模型。这项研究为进一步开展该潜器详细计算和优化设计打下基础,也可为其他潜水器数值分析提供参考。     

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。     

丁坝错口距离的最优值、极限值研究

丁坝的布置方法直接影响到工程的效果,其关键是利用丁坝的坝后回流区。本文通过理论分析和水槽实验,提出了两岸丁坝在适当错口布置时整治范围增大的看法。获得了错口距离的最优值、极限值。错口坝的回流长度与宽度,回流与主流的分界边线的计算公式,计算结果与实验值吻合较好。     

基于ANSYS的锚岩桩受力特性的计算研究

文章采用ANSYS有限元软件,计算研究某海岛渔港透空式防波堤桩基工程的锚岩桩在不同锚固长度条件下,其锚束受力的特性。基于工程地点的建设条件,选择适当的模拟参数建立锚岩桩数值计算模型,对3种不同锚固长度的锚岩桩进行数值模拟,计算锚岩桩锚固长度变化时的受力值,分析不同锚固长度的锚束轴向位移、应力、轴力以及水泥砂浆粘结力随荷载的变化,以及沿锚固深度的分布规律,确定7 m是该工程锚岩桩合理的锚固长度,其计算方法不仅可用于设计阶段锚岩桩锚固长度的计算,同时也为同类工程进行设计计算锚固长度提供了参考。     

Prandtl混合长紊流模型模拟丁坝绕流

<正>1 前言 丁坝绕流的模拟是检验紊流模型成功与否的最好算例.本文利用物理概念明确的Prandtl混合长紊流模型,采用三角元法,成功地模拟了紊动特性较强的丁坝绕流,说明Prandtl混合长紊流模型可以用于包含回流水域的水流计算.2 基本方程及数值计算方法2.1 基本方程 平面二维非恒定水流运动包含二阶紊动项的基本方程:     

回流区水流运动三维数值模拟

建立了三维有限元水流模型,模型中采用了高分辨率计算格式。依此模型计算了突扩引起的回流,获得的掺混区流速分布和回流区固定点水位、流速非恒定过程与实测结果基本一致。     

高速轻型穿浪双体船纵向运动改善措施研究

针对在改善高速轻型穿浪双体船(WPC)迎浪中波长与船长接近时纵向运动幅度较大的缺点,采用了理论计算与模型试验相结合的方法．对250 t级穿浪双体船开展了水翼改善纵向运动的理论和试验研究,分析了水翼形式、尺度和安装位置等对纵向运动的影响规律。数值计算和试验结果的比较表明,计及水翼一船体水动力干扰影响的切片理论可满足WPC加水翼后波浪中纵向运动计算韵需要,但在纵向运动响应峰值处数值计算结果偏高 模型试验表明,250 t级WPC加装水翼后,迎浪纵摇和垂荡有义幅值可减少20％～30％。     

波状摆动式鱼类的推进性能研究

以开发适用于小型潜器的仿生操纵与推进系统为研究背景,利用计算流体动力学软件Fluent对波状摆动式鱼类进行了数值模拟,建立波状摆动式鱼类的数值计算模型,研究不同变形参数对鱼类推进性能以及尾涡流场结构的影响。结果表明,随着波长的增加,鱼类能够获得更好的推进性能。通过对比不同频率下鱼类推进性能以及流场结构,探讨不同滑移率及斯特劳哈尔数对推进性能影响。     

水下爆炸气泡脉动载荷影响因素分析

水下爆炸中的气泡脉动载荷是造成舰船总体毁伤的主要原因,气泡载荷的准确预报对舰船抗冲击设计研究具有重要意义。基于势流理论,建立考虑气泡迁移效应、自由表面效应的水下爆炸气泡脉动模型。通过不同药量和气泡沉深的算例,对迁移效应和自由表面效应这两种影响因素进行比较分析,详细讨论两种因素对气泡脉动的影响。最后,将气泡脉动载荷的数值计算结果与经验公式进行对比和验证,结果吻合良好。算例表明,考虑迁移效应、自由表面效应的气泡脉动模型可以对中场水下爆炸气泡脉动载荷提供较准确的预报。     

粘性流场中吊舱推进器水动力性能数值研究

应用滑移网格技术对粘性流场中吊舱推进器的水动力性能进行了数值模拟,成功预报了吊舱推进器在粘性流场中的敞水性能,和试验结果相比,推力系数最大偏差为2.9%,扭矩系数最大偏差为0.8%。考察了吊舱推进器各部件及周围的流动特征,包括压力分布、速度矢量分布、流线及涡的形态等,为吊舱推进器各部件的优化设计以及吊舱推进器在工程上的应用提供了详细的流场信息。     

潜艇水面与水下粘性绕流数值模拟

本文采用求解RANS方程的方法结合四种湍流模型,对于带有不同附体的SUBOFF模型尾流场进行了数值模拟。数值预报的桨盘面处不同半径上的轴向无量纲速度与试验结果进行了对比,结果表明湍流模型在数值模拟中起到重要作用。潜艇水面航行性能十分重要,因而对于潜艇自由液面绕流的数值模拟备受关注。本文采用VOF方法对于两条潜艇模型在不同傅汝德数下的自由液面绕流进行了数值模拟。计算得到的阻力、波形与试验结果吻合较好。文中也探讨了潜艇自由液面绕流的一般特性。并验证了用CFD手段预报潜艇粘性流场的能力。     

船用中速双燃料发动机放热规律神经网络预测模型的开发

以船用中速双燃料发动机为研究对象,提出其放热规律神经网络预测模型的开发方法。首先建立船用中速双燃料发动机的多维性能仿真模型,对增压空气压力、燃气喷射量和引燃油喷射提前角等不同控制参数进行数值组合,计算多组不同工况条件下的放热率曲线;通过对多条放热率曲线进行参数化分析,明确描述放热率曲线的4个曲线特征参数和特征方程;建立双燃料发动机放热规律神经网络预测模型,以控制参数作为输入量,以放热率曲线特征参数作为输出量,利用多组放热率数据对神经网络模型进行训练和测试。该模型揭示了控制参数与放热率之间的规律,可由控制参数对放热率曲线进行预测。仿真计算结果表明:相比一般的发动机实时仿真模型,神经网络预测模型结果更加贴近发动机实际工作状态。     

转弯运动通气超空泡形态及流场结构数值研究

超空泡航行体机动过程中空泡形态的预测是目前该领域亟待研究的问题。文章在两流体多相流模型的框架内建立了用于求解通气超空泡流转弯机动的三维数值模型。通过求解RANS方程和SST(Shear Stress Transport)湍流方程,预测了圆盘空化器转弯机动条件下生成的通气空泡形态,并同Logvinovich独立膨胀原理的计算结果进行对比,验证了文中数值模型的有效性。在此基础上,分析了转弯半径对通气空泡的形态尺度的影响,对比研究了不同弗鲁德数条件下通气空泡的流场结构。     

船舶操纵水动力导数的数值求解及敏感度分析

[目的]为了兼顾船舶操纵运动预报的成本与精度,基于数值计算方法,结合水动力导数敏感度分析,提出一种船舶操纵运动预报方法。[方法]首先,求解RANS方程,应用流体体积（VOF）法捕捉自由液面,采用动态网格方法对DTMB 5 415船型进行约束运动的数值计算,并将回归得到的线性水动力导数与试验值进行对比,验证数值方案的有效性;然后,基于MMG分离建模方法建立DTMB 5 415船模的操纵数学模型,并利用龙格-库塔算法进行求解,对船舶回转和Z形操纵运动进行仿真;最后,分析水动力导数对这2种操纵运动的敏感度。[结果]结果显示,采用所提方法得到的操纵轨迹和衡准参数仿真结果与试验结果一致,回转运动参数的平均误差为5.1%,Z形操纵运动参数的平均误差为11.7%,较文献使用CFD进行自航船模模拟得到运动参数的精度与计算成本均有所改善;水动力敏感度分析结果也验证了部分非线性水动力导数对操纵性衡准的影响较小,可以使用经验公式进行估算。[结论]研究表明采用所提方法进行船舶操纵性预报方法可行,可在满足工程应用精度的同时大大减少计算成本,尤其适用于船舶设计阶段的操纵性预报及优化。     

On the importance of mooring system parametrisation for accurate floating structure designs

This paper analyses the importance of mooring design parametrisation on the dynamic behaviour of mooring loads. An exhaustive sensitivity analysis is performed to evaluate the variability of mooring loads because of inaccuracies in the definition of model inputs, including physical and numerical parameters. Results show a relevant dependence on the length and significance in other parameters, such as the weight together with the hydrodynamic equivalent diameter and the drag forces. An inaccuracy below 1% in the mooring reference length can generate loads of up to twice the design, and an incorrect definition of the weight or the drag coefficient in the mooring design can lead to a design load variability of up to 30%. Stiffness plays a crucial role in snap events, reaching load differences of 19% depending on the stiffness selected.This research is based on a set of numerical models capable of predicting the mooring system response. A dynamic numerical model with two schemes of resolution is implemented and calibrated according to an experimental test campaign. Other sources of results provided by a quasi-static model and commercial software, Sesam (DNV-GL), are incorporated. In general, the dynamic numerical models show a good accuracy with an experimental database composed by a set of 2D prescribed movement tests at the fairlead of the mooring system.     

施工期天鲸号适应能力分析

天鲸号绞吸式挖泥船在海上进行疏浚作业时,波浪要素需要满足一定条件,才能保证安全施工。为了确定防波堤修建后掩护区的波浪条件是否满足天鲸号的施工要求,采用数学模型计算了某集装箱码头工程在不同节点时防波堤掩护区的波浪条件,对天鲸号挖泥船适应能力进行分析,并给出如果不满足施工要求时防波堤需延伸的长度。结果表明:波浪数值模拟技术可以很好地为挖泥船海上安全作业提供可靠的依据,避免风险。