混合网格在滑行艇阻力数值模拟中的应用

为探讨适用于滑行艇全航速段数值模拟的网格划分方法,本文采用CFD技术研究了混合网格在滑行艇阻力数值模拟中的适用性,采用了不同数量的混合网格对滑行艇粘性绕流场进行了数值模拟,对阻力进行了计算,并且对比了不同网格数量对计算结果的影响,分析了其中的原因,得到了适用于滑行艇阻力数值计算的混合网格。在此基础上采用所得到的网格划分方式对滑行艇全航速段进行了数值模拟,并与实验结果进行了比较,两者吻合较好。     

影响滑行艇阻力数值计算的网格因素研究

为了获得有效的滑行艇阻力数值计算方法,采用粘性流体力学软件STAR CCM+,根据结构网格特点分别探讨了船体表面第一层网格节点高度、船体表面网格尺度以及流域网格节点分布系数三个因素对滑行艇阻力计算精度、收敛速度以及计算稳定性的影响。通过把不同网格划分方法所得到的数值结果与模型试验结果进行比较,确定了适合滑行艇阻力计算的网格参数。利用得到的网格方案对多种航态滑行艇阻力进行计算,计算结果与试验值的符合情况良好。     

基于STAR-CCM+的滑行艇阻力数值计算

为了准确预报滑行艇的阻力性能,应用计算流体力学（CFD）方法,使用STAR-CCM+软件,并结合重叠网格技术和Savitsky方法,对滑行艇的三维黏性流场进行数值模拟和计算的不确定度分析。研究结果表明,滑行艇阻力、升沉及纵倾角等计算结果与试验数据吻合良好,滑行艇的艇底喷溅现象及水-气分布模拟正常,表明论文建议的方法可快速和准确地预报滑行艇的阻力性能。     

网格因素对三体滑行艇阻力计算影响探究

为获得三体滑行艇的阻力及其他水动力性能比较精确的计算结果,采用粘性流体力学软件STAR-CCM+,依据网格离散的特点,分别讨论了船体表面网格尺寸、近船面网格节点分布、船体周围加密区网格尺寸以及变形网格技术四个因素对三体滑行艇阻力计算精度、收敛速度和稳定性的影响。通过一系列计算、分析,提出适合三体滑行艇阻力计算的网格划分方案,经验证与试验值有较好的符合度。     

喷水推进高速三体滑行艇数值自航研究

为了验证计算流体力学(CFD)方法预报滑行艇自由液面粘性流场的精确度,判断为某三体滑行艇设计的喷水推进器能否满足快速性要求,采用CFD方法对某喷水推进高速(1Fr_L1.8)三体滑行艇进行两相流的数值自航,并与试验值比较。运用切割体网格技术并基于RANS VOF求解,首先计算了五个不同速度下的裸艇阻力。结果表明:阻力系数最大误差8.3%,最小误差0.5%,达到了较好的计算精度;采用等推力系数法,在模型尺度下进行"滑行艇+喷泵"的数值自航,将结果推算到实尺度艇,结果表明该喷泵可以达到设计航速;高速航行时推力减额为负的主要原因是艇首尾压差阻力的显著降低。计算结果显示,考虑自由液面时滑行艇底部会出现不合理的水气分布,这影响到滑行艇的阻力性能和喷泵的推进性能,通过局部网格加密可以显著减少艇底非正常水气分布,但艇底气水层难以完全消除,这可能是CFD方法预报滑行艇阻力精度难以控制的原因之一。     

高速滑行艇CFD精度研究

文章基于RANSE VOF求解器,对高速滑行艇稳定直航状态下的水动力计算精度进行研究。根据模型试验中的航行姿态,建立水气二相流模型进行数值模拟。分别采用结构化网格和切割体网格对楔形体进行计算,分析阻力和动升力的计算精度。通过比较得知,对于高速滑行表面问题,切割体网格和结构化网格同样可以满足工程精度,而前者能够很好地适应复杂的滑行艇表面且网格生成较为便捷。因此文中进一步采用切割体网格对滑行艇进行数值计算,精度同样满足滑行艇的模型试验,验证了CFD方法可以满足两相流中高速滑行表面的水动力计算精度问题。     

基于重新建模法的滑行艇阻力数值计算

针对采用重叠网格法对滑行艇阻力数值计算时,采用不同子域的方式会增加网格数量,且在2套网格交接位置通过插值实现数据交换会引入额外的误差,从而导致计算精度和计算效率不高的问题,引入动态边界实现的网格方法,即重新建模法。借助计算流体动力学(CFD)软件STARCCM+,分别采用2种网格方法对一模型尺度滑行艇进行数值模拟,通过对试验结果进行对比和不确定度分析,对数值方法进行确认和验证。在此基础上,采用重叠网格方法和重新建模法对不同航速滑行艇进行绕流场数值模拟。并进行阻力和航态数值结果对比。结果表明,与重叠网格方法相比,重新建模方法的计算精度和计算效率均所有提高。     

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。     

滑行艇纵向运动响应与静水航行数值模拟分析

运用CFD软件FLUENT,采用动网格技术,通过编制的运动预报程序求解耦合运动方程,比较滑行艇排水航行、过渡航行、滑行三种不同状态下航行姿态及周围流场情况,分析了滑行艇响应运动过程中重心位置及纵摇角度的变化,并展开对应工况下滑行艇以固定姿态不涉及动网格技术的静水直航数值模拟,将计算结果与运动响应结果比较分析.得出了滑行艇由排水航行状态过渡到滑行状态底部动压力变化.为关于滑行艇水动力性能的研究提供了可靠的计算研究模型.     

双断级滑行艇阻力性能优化方法

阻力性能是双断级滑行艇水动力性能最为重要的内容之一,本文提出一种基于CFD模拟的优化方法,结合艇底斜升角、断级高度、断级总长等因素对某双断级滑行艇进行了静水阻力优化及试验验证。结果表明:CFD计算值与模型试验结果吻合度较高,各因素对艇体阻力均有较为明显的影响,断级高度和断级总长的增大一定程度地增强了双断级滑行艇的滑行效率。优化研究实现了双断级滑行艇阻力系数R/▽低于0.25的技术指标,验证了基于CFD的优化方法的可靠性。     

基于计算流体力学和人工神经网络对断阶式滑行艇的水动力性能预测（英文）

In the present paper, the hydrodynamic performance of stepped planing craft is investigated by computational fluid dynamics(CFD) analysis. For this purpose, the hydrodynamic resistances of without step, one-step, and two-step hulls of Cougar planing craft are evaluated under different distances of the second step and LCG from aft, weight loadings, and Froude numbers(Fr). Our CFD results are appropriately validated against our conducted experimental test in National Iranians Marine Laboratory(NIMALA), Tehran, Iran. Then, the hydrodynamic resistance of intended planing crafts under various geometrical and physical conditions is predicted using artificial neural networks(ANNs). CFD analysis shows two different trends in the growth rate of resistance to weight ratio. So that, using steps for planing craft increases the resistance to weight ratio at lower Fr and decreases it at higher Fr. Additionally, by the increase of the distance between two steps, the resistance to weight ratio is decreased and the porpoising phenomenon is delayed. Furthermore, we obtained the maximum mean square error of ANNs output in the prediction of resistance to weight ratio equal to 0.0027. Finally, the predictive equation is suggested for the resistance to weight ratio of stepped planing craft according to weights and bias of designed ANNs.     

高速滑行艇在规则波中运动的RANSE数值模拟(英文)

This paper presents a study on the numerical simulation of planing crafts sailing in regular waves. This allows an accurate estimate of the seas keeping performance of the high speed craft. The simulation set in six-degree of freedom motions is based on the Reynolds averaged Navier Stokes equations volume of fluid (RANSE VOF) solver. The trimming mesh technique and integral dynamic mesh method are used to guarantee the good accuracy of the hydrodynamic force and high efficiency of the numerical simulation. Incident head waves, oblique waves and beam waves are generated in the simulation with three different velocities (Fn =1.0, 1.5, 2.0). The motions and sea keeping performance of the planing craft with waves coming from different directions are indicated in the flow solver. The ship designer placed an emphasis on the effects of waves on sailing amplitude and pressure distribution of planing craft in the configuration of building high speed crafts.     

浅析排水式高速艇的阻力性能

排水式高速艇的阻力构成和变化规律与排水式船舶、滑行艇不同。文章基于模型试验和试验图谱分析了排水式高速艇的阻力特征,并研究了排水体积长度系数、棱形系数、方形系数等船型特征对该型船阻力性能的影响,从而为该类船舶的快速性设计提供一定的参考。     

深V型滑行艇横向斜升角对阻力性能的影响

通过系列模型试验,分析深V型滑行艇底部横向斜升角对快速性的影响,保持舯部斜升角和折角线不变,确定艉部有利斜升角的变化范围。结果显示,选择适当的横向斜升角可提高快速性。     

风载荷作用下滑行艇运动响应的数值预报

本文基于计算流体力学软件FLUENT,编制了耦合求解滑行艇纵向运动预报程序,开展了三维滑行艇模型在风载荷作用下运动响应的数值预报。重点分析了风载荷对滑行艇升沉、纵摇运动和升力、阻力的影响,定量给出了风载荷引起的阻力占总阻力的比重。     

采用遗传算法进行球鼻艏优化的流体动力计算(英文)

Computational fluid dynamics(CFD) plays a major role in predicting the flow behavior of a ship.With the development of fast computers and robust CFD software,CFD has become an important tool for designers and engineers in the ship industry.In this paper,the hull form of a ship was optimized for total resistance using CFD as a calculation tool and a genetic algorithm as an optimization tool.CFD based optimization consists of major steps involving automatic generation of geometry based on design parameters,automatic generation of mesh,automatic analysis of fluid flow to calculate the required objective/cost function,and finally an optimization tool to evaluate the cost for optimization.In this paper,integration of a genetic algorithm program,written in MATLAB,was carried out with the geometry and meshing software GAMBIT and CFD analysis software FLUENT.Different geometries of additive bulbous bow were incorporated in the original hull based on design parameters.These design variables were optimized to achieve a minimum cost function of "total resistance".Integration of a genetic algorithm with CFD tools proves to be effective for hull form optimization.     

滑行艇气层减阻试验

通过对三种艇型及不同的喷气方式的模型试验，研究了断阶滑行艇模型气层减阻的实施途径及减阻效果，取得了总阻力减少25％以上 结果，提出了一种适合于采用气层减阻技术且阻力性能优良的艇型。垂向舭板可减少滑行艇的高速阻力，但阻力减少的程度与艇型有关。底部斜升角较小时，有利于气层减阻。气层减阻率大于舭板减阻率，对底部斜升角较大且艇底扭曲、艏部设置适当的纵向防溅条、舯部设置楔形板的深Ⅴ型艇，垂向舭板对其阻力的影响不大，这种深Ⅴ型艇的阻力性能较佳，若喷气，其总阻力还可进一步减少15％。孔喷时，孔径采0.5mm或1.3mm对模型阻力的影响甚微，采用0.4mm缝叶的模型阻力比用孔喷时略大，采用较大孔喷或缝喷有利于工程上的喷气实施。     

深V型滑行艇静水阻力性能影响因素研究

基于深V型滑行艇的系列模型阻力试验数据,比较系统地分析了深V型滑行艇静水阻力的影响因素,研究了阻力、浸湿面积、浸湿长度以及航行纵倾角随折角线长宽比、重心纵向位置、负荷系数、艇底斜升角等因素的变化规律,指出在舯部斜升角保持24.6°不变的前提下,艇底艉部横向斜升角为10°左右时滑行艇静水中的阻力性能较优,进一步增加增升角度对静水阻力性能不利。