基于数值模拟的复杂船舶围壁传热计算

采用数值模拟软件ANSYS和FLUENT对船舶复杂围壁分别进行稳态和动态的模拟计算,并将计算结果与相关手册提供的简化算法的计算结果进行对比。结果表明,采用简化计算方法得到的船舶典型围壁传热系数与采用数值方法计算得到的传热系数差异较大,计算误差约达10%。同时,采用稳态传热（即采用传热系数）计算的围壁传热量与采用动态方法计算的围壁传热量的差异也较大。因此,在计算围壁传热量时,应采用动态计算方法。     

复杂船舶围壁传热系数取值探讨

采用数值模拟软件对几种复杂船舶围壁进行稳态传热计算,并将计算所得围壁传热系数与相关标准提供的计算值进行对比.结果表明,采用数值方法计算得到的复杂船舶围壁传热系数与相关标准提供的参考值相比差异很大.计算结果也表明：空气层厚度对船舶甲板围壁的传热系数影响较大,而对垂直围壁的传热系数影响较小;隔热材料的导热系数对垂直围壁的传热系数影响较大,而对甲板围壁传热系数的影响较小.相关标准直接笼统地给出了各种类型船舶围壁的传热系数,而对围壁空气层厚度及隔热材料导热系数等未作详细说明,在对围壁传热量进行计算时采用标准推荐的传热系数会出现较大偏差,建议针对具体的船舶围壁,通过数值模拟或实验来获取围壁传热系数.     

复杂船舶围壁的传热多项式传递函数辨识

目前关于复杂船舶围壁的动态传热研究较少,且缺乏较为完善的动态传热计算方法。复杂船舶围壁结构因不规则,其传热传递函数很难通过理论推导得出。构造复杂船舶围壁的多项式传热传递函数,以该围壁的频域有限差分(FDFD)模型计算的频域热特性为参考,采用参数辨识算法辨识多项式传递函数的系数。多项式传递函数的频域热特性与FDFD模型计算得到的理论频域热特性能很好地吻合,结果表明通过辨识得到的多项式传递函数可以很好地反映船舶围壁的动态热特性,可以用于船舶复杂围壁的动态传热计算。     

船舶空调负荷动态与稳态算法比较与分析

基于热反应系数法,重点考虑太阳辐射和航速的影响,构建了船舶空调动态负荷计算模型。以某远洋航线的典型工况,选取船舶居住舱室为研究对象,应用动态和稳态方法,分别计算分析了其空调负荷变化规律。结果表明,动态算法得出的围壁传热、窗户得热、人员和照明散热冷负荷、新风冷负荷、舱室总冷负荷仅分别为稳态算法数值的45.4%、35.2%、40.2%、39.7%和40.6%,用动态负荷计算模型可以实时掌握船舶空调负荷变化规律。     

单流体方法处理管道流固耦合传热

核动力管道内流体非绝热流动,涉及流固耦合传热问题。利用解析法验证流固耦合数值模拟计算的可行性。为减少数值模拟计算量,提出单流体计算方法,其计算结果与流固耦合传热计算值相比较,发现单流体计算中流经管壁的热流量存在一定偏差。通过对流体域边界表面传热系数的修改,修正管壁热流量的计算值,得到了与参考值相一致的计算结果。研究表明,涉及管道流动传热问题时,单流体数值模拟计算不仅能够满足计算精度,而且可简化模拟设置,节约计算时间。     

散货船风载荷数值模拟

采用数值模拟的方法对船舶受力中的风载荷进行预报.采用多种湍流模型、壁面处理方式和对应的网格设计方法,分别对灵便型散货船的原始几何模型和简化几何模型进行RANS数值模拟,并将所得结果与试验结果相对比,考察RANS方法对散货船风载荷预报的适用性.结果表明,合理地进行几何简化能在提高计算效率的同时,获得合理的数值预报结果;湍流模型和壁面处理方式对风载荷预报结果的影响非常明显,采用壁函数会导致大攻角下的预报结果偏离试验结果,而SSTk-ω模型的近壁解析计算能获得更加合理的风载荷数据.研究表明,采用适当的网格、湍流模型和壁处理方式的RANS方法能获得合理的船舶风载荷预报结果,对工程应用具有参考价值.     

船舶在浅水域横向停靠运动粘性水动力计算

研究船舶在浅水域的低速横向漂移运动对研究船舶停靠运动特性具有重要意义.船舶停靠通常是一个低速慢漂的过程,在这个过程中,由于船舶特定的运动形式和几何形状,粘性水动力起主要作用,而兴波很小,其影响可以忽略,可以将自由面作为刚壁处理,从而使问题简化并大大减小数值计算的计算量.文中以标准Wigley船型为对象,对船舶在浅水中横向漂移运动的粘性流场和水动力进行了计算.为了得到准确、稳定的计算结果,分别选取了不同的计算区域、网格数量和湍流模型进行计算,并将计算结果与他人的计算结果和模型试验结果进行了比较,确定了模拟船舶低速停靠运动粘性流场的有效的数值方法.     

典型油船船模静水阻力CFD计算策略探讨

选取多艘航运市场常用的典型油船系列船型为研究对象,采用商业软件对其船模静水阻力性能进行数值计算研究,探索针对肥大型船阻力性能数值计算方法.研究中,对全局网格尺度、首尾网格尺度、时间步长和边界层网格高度等参数进行变化调整,确定船舶阻力数值计算中对计算结果影响较大的关键因素,得到计算结果与关键参数之间的变化关系,将计算结果与模型试验结果进行对比分析,总结出相应参数的最佳取值范围,形成针对油船的船舶静水阻力数值计算方法,为今后解决油船船舶阻力数值预报问题做有益探索.     

基于CFD的某内河游船风载荷系数计算

为获得船舶风载荷系数的准确计算方法及其在不同风向角下的分布规律,以某内河船舶为研究对象,对船舶水上结构表面风场风压进行数值模拟,得到不同风向角下的风载荷系数,将计算结果与Fujiwara和Blendermann方法对比,结果表明,k-εRealizable湍流模型在计算风载荷系数时准确度较高;随着风向角变化,船舶风载荷系数变化较大;所采用的数值计算方法及网格形式可较好预报游轮风阻力。     

船舶结构碰撞试验及简化数值计算方法

[目的]采用流固耦合计算方法虽能较好地模拟船舶碰撞过程,但计算时间较长,为此,提出一种简化的数值计算方法。[方法]以某船的局部舱段为对象,开展多工况水上碰撞试验。采用力传感器和基于高速摄影技术非接触测量的方法获得到碰撞力及碰撞船的运动时程数据,通过对碰撞接触力和加速度响应等数据进行分析,并针对试验过程开展任意拉格朗日-欧拉（ALE）流固耦合数值计算分析,提出将碰撞过程中水域对撞击船的影响简化为等效质量,将对被撞船的影响简化为等效阻力,以面力的形式作用于被撞船非撞击侧用以阻碍被撞船运动的简化方法,然后基于此简化方法开展不涉及水域与结构耦合过程的数值计算。[结果]结果显示,采用简化计算方法得到的各工况的碰撞力峰值与试验值间的误差均在5%以内,且该方法所需要的计算时长远小于ALE流固耦合算法。[结论]所提简化数值计算方法可为实现船舶结构碰撞响应的高效计算提供一定的参考。     

被撞船刚体运动响应的滞后特性

船舶碰撞过程中,被撞船的刚体运动较之碰撞区的局部损伤变形存在一定程度的滞后。本文以理论分析和数值仿真两种方法对该滞后现象进行了研究。提出了运动滞后分析的基本假定和计算公式。研究结果表明,被撞船的运动滞后与撞击速度有重要关系,在高速撞击时,船舶碰撞的内、外部机理计算可相对独立地进行而不会引起明显的分析误差。     

船舶碰撞运动的滞后特性

船舶碰撞过程中,被撞船的刚体运动较之碰撞区的局部损伤变形而言,存在一定程度的滞后效应。本文从理论分析和数值仿真两个方面对该滞后现象进行了研究。研究结果表明：被撞船的运动滞后与撞击速度有重要关系;在高速撞击时,船舶碰撞的内、外部机理计算可相对独立地进行,而不会引起明显的分析误差。     

低压断路器主回路温度场仿真分析

分析了低压断路器主回路的热传递数学模型.根据动静触头的接触电阻建立了导电桥模型.基于流体相似理论和Stefan-Boltzmann定律,简化了断路器表面散热系数计算方法.考虑外接导线的散热作用,用三维有限元ANSYS软件对额定电流为200 A的断路器主回路稳态温度场分布进行仿真分析,并进行了实验验证.     

基于模糊积分预测控制的船舶动力定位系统设计

提出一种基于模糊积分预测控制器的船舶动力定位系统控制方法,通过引入积分控制器消除了稳态误差,采用模糊控制算法实现了对不确定系统的控制,利用预测控制解决了船舶动力定位中的约束问题,有效地减少了船舶动力定位系统能量的消耗。仿真结果证明,提出的模糊积分预测控制器在满足动力定位要求的同时,大大提高了推力系统的效率,减少了推力消耗。     

船体湿表面脉动压力预报的三维非线性方法

本文给出了一种预报船体湿表面脉动压力响应的三维非线性时历模拟方法.计及瞬时物面变化引起的各种非线性因素,在时域内建立船体非线性运动方程.在每一时刻,认为船体以其瞬时平均湿表面为平衡位置做简谐振荡运动,利用三维线性频域解来简化运算.在此基础上,进一步将绕射和辐射问题在静平衡位置求解,仅考虑占主导地位的入射波和静恢复力变化的非线性,作为一种兼顾工程需要的计算精度和计算效率的简化方法.以此方法为基础编制了计算机程序,对实船进行了计算,并与模型试验进行了对比.分析比较表明,该方法能够给出令人满意的船体湿表面脉动压力响应预报结果.     

Finite-volume simulation of flows about a ship in maneuvering motion

A finite-volume method of computing the viscous flow field about a ship in maneuvering motion was developed. The time-dependent Navier-Stokes equation discretized in the generalized boundary-fitted curvilinear coordinate system is solved numerically. A third-order upwind differencing scheme, a marker and cell (MAC)-type explicit time marching solution algorithm and a simplified subgrid scale (SGS) turbulence model are adopted. The simulation method is formulated, including the movement of a computational grid fitted to the body boundary that allows computation of the flow field around a body under unsteady motion. To estimate the maneuvering ability of a ship, the accurate prediction of the hydrodynamic forces and moments of the hull is important. Therefore, experimental methods of finding the hydrodynamic forces of a ship in maneuvering motion, such as the oblique towing test, the circular motion test (CMT) and planar motion mechanism (PMM) test, were established. Numerical simulation methods for those captive model experiments were developed introducing computational fluid dynamics (CFD). First, numerical methods for steady oblique tow and steady turn simulation were developed and then extended to unsteady forced motion. Simulations were conducted about several realistic hulls, and the results were verified by comparisons with measured results obtained in model experiments. Hydrodynamic forces and the moment, the longitudinal distribution of the hydrodynamic lateral force, and the pressure distribution on the hull surface showed good agreement.     

冰载荷冲击下的船舶推进轴系瞬态扭转振动响应分析

传统的推进轴系扭转振动响应计算聚焦于稳态响应,而传递矩阵法、系统矩阵法,可以取得满意的稳态计算结果,但无法处理冰区船舶、海洋工程船舶所遇到的变载荷、变惯量等瞬态工况。为了克服频域扭振计算方法在处理瞬态条件扭振问题的局限性,使用 Newmark 法从时域求解轴系扭转振动微分方程组,基于该算法对某船推进轴系在冰载荷作用下的瞬态响应做了数值计算。其结果表明,在冰载荷冲击下,轴系瞬态扭矩比稳态扭矩大;通过时频分析,在冰载荷作用期间,出现了明显的螺旋桨叶频激励,因此须避免冰载荷激励产生轴系扭转振动的叶次共振。 Newmark 法扭振计算结果与实船测试结果对比表明,该方法在稳态响应计算和时域曲线上都与实际测量结果基本一致,具有工程实用性。     

Analysis of ship–ship collision damage accounting for bow and side deformation interaction

This paper presents a procedure to analyse ship collisions using a simplified analytical method by taking into account the interaction between the deformation on the striking and the struck ships. Numerical simulations using the finite element software LS-DYNA are conducted to produce virtual experimental data for several ship collision scenarios. The numerical results are used to validate the method. The contributions to the total resistance from all structural components of the collided ships are analysed in the numerical simulation and the simplified method. Three types of collisions were identified based on the relative resistance of one ship to the other. They are denoted Collision Types 1 and 2, in which a relatively rigid ship collides with a deformable ship, and Collision Type 3, in which two deformable ships are involved. For Collision Types 1 and 2, estimates of the energy absorbed by the damaged ships differ by less than 8% compared to the numerical results. For Collision Type 3, the results differ by approximately 13%. The simplified method is applicable for right angle ship collision scenario, and it can be used as an alternative tool because it quickly generates acceptable results.     

船舶航向模糊自适应云模型控制

为了解决船舶航向云模型控制器驱动参数的自适应问题,将模糊自整定方法引入到云模型控制器设计中,设计了模糊自适应云模型控制器,并进行了仿真对比试验。结果表明,该控制器可以使船舶航向控制在动态和稳态上都具有较好的精度,超调量小、控制效果良好。