基于CFD的船舶喷水推进器优化设计

介绍了计算流体力学(CFD)作为一种先进手段在喷水推进器水力性能分析、结构优化设计和推进性能检验中的重要应用.界定了喷水推进器数值计算域,采用结构化网格进行空间离散,选择剪切应力输运湍流模型进行数值计算.在进行了网格无关性分析的基础上,计算了某新型喷水推进泵的外特性,并采用多种定性和定量指标对导叶的整流效果和进水流道的引流性能进行评估,并进行了合理的优化改进.在各部件性能优良的基础上,对“船+泵”流场进行整体计算,通过壁面积分法求取喷水推进器产生的有效推力进行船舶快速性预报. CFD技术的应用为喷水推进器最终设计成功提供了有力保障.     

泵喷水推进器分析与设计改进

通过CFD仿真技术获取了某快艇原载轴流式泵喷水推进器的性能,并通过经典计算发现原载轴流式喷水推进器的额定流量与快艇阻力特性不匹配,且其扬程远远低于期望值。新的泵喷水推进器主要从两个方面进行了改进：一是通过调整喷嘴出口口径使泵喷水推进器在最优效率点运行时正好符合快艇的阻力特性;二是提高泵喷水推进器的扬程使其满足能量平衡的需求。根据确定的参数设计了新的斜流式泵喷水推进器。通过CFD仿真表明斜流式泵喷水推进器达到了设计指标。试水试验表明配备新的泵喷水推进器后快艇达到了期望的要求。     

喷水推进器进口流道水动力性能分析

[目的]研究喷水推进器进口流道主参数对其性能的影响,为喷水推进器设计提供依据.[方法]基于STAR-CCM+商业软件,通过定常雷诺平均NS方程(RANS),数值模拟分析不同进速比(IVR)工况下喷水推进器进口流道轴线高度和进流角度对其水动力性能的影响,并根据国际拖曳水池会议(ITTC)的不确定度分析规程进行数值不确定度...     

船舶喷水推进器进水流道效率的数值计算

根据第21届、23届及24届ITTC关于喷水推进器能量公式的不同定义分别推导了进水流道效率的3种计算公式。在保持总流量不变的条件下,用满足最小偏差量的半椭圆来拟合进流面的形状,以CFD为工具对进水流道效率进行数值计算。对比分析7个不同进流面位置的计算结果,证明了进流面选在进口前1倍叶轮直径处是实用而合理的。研究结果表明,包含动能、压能、势能的进水流道效率公式最为合理,包含动能和压能的公式在CFD计算时可以作为流道效率的简化公式;重力对流道效率的计算值没有影响;由简化公式得到的计算方法可以大大减少计算量。     

喷水推进器进水流道流动性能的数值分析

针对喷水推进器进水流道方案,利用CFD软件Fluent对不同流道倾角、唇角半径及形状、斜坡半径下的喷水推进器性能进行数值模拟。通过分析进水流道效率、出流口加权平均角、不均匀系数、唇部驻点位置等,对进水流道的流动性能进行对比分析。结果表明,当进水流道倾斜角取32°、唇角形状取圆弧、唇角半径取3 mm、斜坡半径取1 050 mm、其余参数与原始进水流道的整体参数相同时,进水流道的效率达到94.2%,优于原始进水流道的效率80.4%。     

基于CFD的喷水推进器流道与喷口优化

为提高喷水推进器的水动力性能,对喷水推进器的流道与喷口进行了基于数值计算的优化研究.对一台喷水推进泵模型进行了敞水性能数值计算,验证了数值计算方法的准确性和有效性.对喷水推进器流道以及喷口进行参数化的几何重构和优化计算,考察流道与喷口参数对推进性能的影响.研究结果表明:在设计航速下,优化后的喷水推进器的转矩基本没变,推...     

喷水推进器进水流道倾角与流动性能关系研究

对某平进口式喷水推进器进水流道,在其纵向总长度、宽、高给定的条件下,建立了倾角不同的6种流道模型.采用RNG k-ε湍流模型封闭RANS方程,运用SIMPLE算法,并考虑进口速比IVR(流道出口速度与航速之比)对流道流场的影响,得到了进水流道内部流场特征.从流道的出流均匀性、空化、流动分离和变工况的适用性4个方面提供定性和定量指标用以分析流道倾角在不同进速比工况下的水力性能情况,为喷水推进器进水流道倾角的优化设计提供依据.分析结果表明,该型推进器在流道倾角等于40°时各方面性能都较好.     

泵轴对进水流道流动性能和喷水推进器推进性能的影响

采用数值方法研究泵轴对进水流道流动性能及喷水推进器推进性能的影响。利用SSTCC k-ω湍流模型求解计算域,使用多面体网格划分进水流道,通过网格无关性分析确定无轴式进水流道和有轴式进水流道计算域的网格数。计算结果表明：泵轴主要影响低进速比工况下的流道效率、垂直度和不均匀度,以及高进速比工况下的流道效率;泵轴的存在使其上方区域存在一对漩涡结构,且出口截面泵轴上方存在显著的低速区,在相同进速比工况下,有轴式进水流道的最小压力系数小于无轴式进水流道的最小压力系数,有轴式进水流道的抗空化能力弱于无轴式进水流道。在低进速比和高进速比工况下,泵轴的存在会显著降低进水流道的流动性能。无轴式喷水推进器的流量系数、扬程系数、功率系数、喷水推进泵效率、系统效率和推进效率等推进性能全面优于有轴式喷水推进器。     

200t高速穿浪双体渡船喷水推进器设计

穿浪双体船作为一种有着优良快速性与耐波性的新船型,在海上高速运输方面显示出了普通船舶无可比拟的优势。而喷水推进器作为一种适于高速船舶的新型推进器,其技术也日臻成熟,有着广阔的发展前景。目前,众多高速穿浪双体船采用了喷水推进器,实践证明了其卓越的综合航行性能。本文以200t高速穿浪双体渡船为例,进行了喷水推进系统主要参数的计算、校核以及双体船航行特性曲线的绘制。     

船舶喷水推进技术发展

  目的  喷水推进船舶的阻力性能与常规船舶有着很大的不同,喷水推进器流道的存在会改变船舶尾部流场,对船舶阻力性能有着很大的影响。  方法  以FA1型三体船为计算模型,利用CFD软件STAR-CCM+,将喷水推进器流道看作附体,对比研究安装不同进流角喷水推进器流道前后船舶尾部流场变化。通过对比流道表面压力分布、船体流线的变化,阐述船舶阻力以及阻力成分产生变化的机理。  结果  结果表明：STAR-CCM+可以实现对于船舶阻力性能的预报;喷水推进器进水流道的安装会增大船舶阻力,主要为压差阻力的增大。  结论  对进水流道倾角的优化可以增进喷水推进船舶的阻力性能。     

高速船尾部喷水推进局部振动分析

针对高速船尾部采用喷水推进装置的局部振动问题,建立了船体尾部包含喷水推进泵的有限元模型。考虑附连水质量的影响,将船体尾部离散成甲板,底板,喷水推进泵,尾板等局部结构,采用规范经验公式估算以及有限元分析的方法分别对各局部结构的板、板格、板架进行固有频率计算,将其结果与轴频和叶频激励频率进行储备频率校核,判断尾部采用喷水推进装置在振动问题上是否满足规范标准,并为下一步的船体设计提供参考。     

高速喷水推进船倒车斗水动力性能研究

本文对喷水推进船舶喷流的流场作了研究，并就高速喷水推进船舶倒车装置的水动力性能进行了理论分析。在不同流速及舵角的情况下，对蝶形倒车斗作了一系列的模型试验。文中探讨了对试验结果分析的一种近 似方法，即利用流体力学中的相似理论，将试验值换算成实船倒车装置上的受力。将实船值与动量定理计算出的理论值相比较，可以得出理论计算时应考虑的倒车装置受力损失，从而对倒车装置进行优化设计。     

喷水推进轴流泵的自动建模与数值模拟

作为喷水推进器的核心部件,轴流泵具有推进效率高、抗空化(汽蚀)能力强、噪声低等优点.为实现喷水推进轴流泵的三维模型自动生成,以FORTRAN为编程语言,完成了轴流泵叶轮的参数化自动建模.本文运用计算流体动力学CFD软件--FLUENT基于雷诺N-S方程和标准k-ε紊流模型及SIMPLE算法对该泵内部流场及相应运行特性进行了三维数值模拟,并基于模拟结果对其水力性能进行了预测,计算结果与实验结果吻合良好.该工作为喷水推进轴流泵的水力设计及性能改进提供了参考.     

滑行艇高速航行时的数值模拟(英文)

Planing vessels are applied widely in civil and military situations.Due to their high speed,the motion of planning vessels is complex.In order to predict the motion of planning vessels,it is important to analyze the hydrodynamic performance of planning vessels at high speeds.The computational fluid dynamic method(CFD) has been proposed to calculate hydrodynamic performance of planning vessels.However,in most traditional CFD approaches,model tests or empirical formulas are needed to obtain the running attitude of the planing vessels before calculation.This paper presents a new CFD method to calculate hydrodynamic forces of planing vessels.The numerical method was based on Reynolds-Averaged Navier-Stokes(RANS) equations.The volume of fluid(VOF) method and the six-degrees-of-freedom equation were applied.An effective process was introduced to solve the numerical divergence problem in numerical simulation.Compared with experimental results,numerical simulation results indicate that both the running attitude and hydrodynamic performance can be predicted well at high speeds.     

舰载机发动机喷管高温高压流动特性仿真分析

舰载机发动机喷出的气体,在离开喷管后形成的具有高温和高压特性的高速射流,对舰艇周围环境和设备有较大影响。本文采用发动机喷流速度场模型,利用CFD软件对舰载机发动机喷管高温高压流动特性进行仿真分析,得到了超音速流动下中度欠膨胀和高度欠膨胀的特征和气体射流场随马赫数的增加所产生的变化特性。在此基础上,针对不同的偏流板倾角45°,60°,75°,90°,分析舰载机发动机喷流对偏流板的冲击流场特性,得到偏流板角度变化时流动特性和变化规律。     

基于虚拟现实的喷水推进动力装置协同仿真技术研究

针对喷水推进动力装置模拟器中数学模型与虚拟视景的协同仿真问题,首先根据船舶的动力装置建立了Matlab/Simulink仿真模型;以光栅图像法为基础改进地形建模方法,使用Creator分别对虚拟地形及船体进行建模;通过Visual C++平台对系统进行可视化程序设计,实现Vega Prime二次开发,完成了船舶运动虚拟视景仿真;基于C++平台实现Simulink模型的输出参数调用,最终实现船舶航行视景与动力装置仿真模型的协同仿真运行。系统能够直观反映在动力装置参数变化时船舶的运动状态,协同原理及方法对其进一步应用到实际动力装置模拟器中有借鉴意义。     

采用高阶边界元法的楔形体变速度入水数值模拟(英文)

A high order boundary element method was developed for the complex velocity potential problem. The method ensures not only the continuity of the potential at the nodes of each element but also the velocity. It can be applied to a variety of velocity potential problems. The present paper, however, focused on its application to the problem of water entry of a wedge with varying speed. The continuity of the velocity achieved herein is particularly important for this kind of nonlinear free surface flow problem, because when the time stepping method is used, the free surface is updated through the velocity obtained at each node and the accuracy of the velocity is therefore crucial. Calculation was made for a case when the distance S that the wedge has travelled and time t follow the relationship s=Dtα, where D and α are constants, which is found to lead to a self similar flow field when the effect due to gravity is ignored.     

船舶侧推器及其控制系统的研究与仿真

目前阶段,船舶行业发展呈现出大型化、专用化以及高速化的基本特征,而海上运输与河运交通愈加频繁与拥挤,容易在港口内部出现碰撞等诸多海难事故。在这种情况下,对于船舶操纵性能提出了较高的要求。在港内航行期间,船舶的船速不高,且水域会受到一定程度的限制,需借助侧推器,才能够不断优化船舶操纵的性能。侧推器是船舶行进中重要的辅助推进装置,能够帮助船舶顺利进出狭窄的航道,与舵面相互配合保证航向的稳定性,不断优化船舶零航速亦或是低航速条件下的操作能力与安全性能。本文将侧推器应用于船舶设计中具有一定的现实意义,能够为大型船舶的行驶提供必要保障。     

面向船舶动力定位模拟器的推力分配仿真子系统开发

船舶动力定位(Dynamic positioning, DP)模拟器主要依赖进口,国内尚未研制具有自主知识产权的DP模拟器。DP模拟器由控制子系统、推力分配子系统、测量子系统和船舶作业三维显示等多个子系统组成。在消化吸收DP模拟器相关技术的基础上,通过研究推力分配算法,提出采用C#中WPF技术完成DP推力分配仿真子系统的设计与实现。仿真结果表明,该仿真子系统能够有效地模拟多个推进器的推力和方位角变化情况。