CFX数值模拟低速双尾船阻力计算的应用研究

介绍了计算流体动力学的分析软件CFX,以水池做过的一个船模阻力试验为原型,选用不同的网格划分和不同的湍流模型用CFX分别进行了船舶阻力计算,通过比较计算结果得到了对双尾船舶用CFX计算其在低傅汝德数下阻力值的一般规律.     

船艉线型对船舶阻力性能的影响

以船体阻力性能为优化对象,基于改造母型船法,分析船艉线型的改变对船舶阻力性能的影响。根据船舶主要参数设计要求,参考同类船型,利用Tribon-Lines模块对船舶艉部型线进行改造,生成两种方案船型,并通过CFX软件对母船型以及方案船型进行粘性绕流场的数值模拟,讨论不同航速下艉部线型对船体总阻力的影响。研究结果表明,在以船体阻力性能为优化对象时,选优后的方形艉在相同的航速下阻力低、消耗的功率小、形状效应小、粘压阻力和摩擦阻力也相对较小。     

不同漂角下纵倾对集装箱船阻力影响的数值分析

为研究在不同漂角条件下纵倾状态对集装箱船阻力的影响,以KCS集装箱船舶为例,利用RANS数值方法对KCS船模在不同漂角条件下纵倾对船舶阻力的影响进行数值研究。计算船舶初始平吃水时船舶阻力,将所得数值试验结果与已有数据对比,验证数值方法的有效性。基于此方法计算不同漂角条件下船舶在不同纵倾角状态下的船舶阻力值,结果表明,在不同漂角下纵倾角度变化使得船首两侧的受力不等导致压阻力变化显著,并且船舶最小阻力的最佳纵倾角随漂角度而变化。     

散货船纵倾阻力研究

船舶在航运过程中为了节能减排并获得最大的经济效益,往往希望以同样的速度、同样的排水量行驶时能有更小的阻力,通过调节船舶纵倾角度来改变船舶的航态,进而减少船舶阻力是一种简单有效的方法。以180 000 DWT散货船在设计吃水设计航速平浮航态为基础,对船舶分别进行不同角度的首倾和尾倾的调节,在Fluent中用k-ε和k-ω两种湍流模型分别求解RANS方程组,计算出不同倾角下船舶阻力值。并通过相同工况下模型试验来验证计算结果,得出针对本180 000 DWT散货船而言,通过改变船舶纵倾角可以减少船舶阻力的结论。     

散货船纵倾阻力研究

船舶在航运过程中为了节能减排并获得最大的经济效益,往往希望以同样的速度、同样的排水量行驶时能有更小的阻力,通过调节船舶纵倾角度来改变船舶的航态,进而减少船舶阻力是一种简单有效的方法。以180000 DWT 散货船在设计吃水设计航速平浮航态为基础,对船舶分别进行不同角度的首倾和尾倾的调节,在Fluent中用k-ε和k-ω两种湍流模型分别求解RANS方程组,计算出不同倾角下船舶阻力值。并通过相同工况下模型试验来验证计算结果,得出针对本180000 DWT散货船而言,通过改变船舶纵倾角可以减少船舶阻力的结论。     

Wigley船波浪增阻的研究

全球变暖问题日趋严重,船舶的温室气体排放受到广泛关注。作为船舶耐波性研究的重要内容之一,船舶在波浪中的阻力性能参数直接影响其能耗。文中采用STAR-CCM软件,以一条wigley船模为研究对象,分别计算研究了其约束模型和自由模型在静水及迎浪情况下的阻力及相关性能。讨论了约束模型和自由模型计算结果的差异以及忽略纵倾和升沉对静水阻力计算结果的影响。对wigley船自由模型在不同波高和波长下的波浪中阻力进行了计算和比较,研究了忽略纵倾和升沉的情况下船舶波浪中阻力计算结果的差异,并讨论了波长和波高的变化对船舶波浪中总阻力计算结果的影响。     

基于STAR-CCM+的30000 t散货船水阻力计算

考虑到船舶数值模拟过程中的不同的计算策略对于船舶阻力精确度影响不同,对STAR CCM+软件仿真过程中影响较大的几种影响因素进行对比分析,探讨了30 000 t散货船在不同计算区域、网格密度以及湍流模型等条件下船舶阻力的变化情况。结果表明,相比减少网格基础尺寸,适当的增加计算区域,可以在保证计算精度的情况下,减少计算时长,推荐采用SST K-Omega湍流模型进行仿真计算。提出的计算策略仿真误差在5%以内,满足实际的工程设计需要,是一种较为可靠的船舶阻力数值模拟方法,可为今后散货船静水阻力数值计算提供参考。     

基于船舶阻力计算方法确定浮泥的适航密度值

效仿通过船模阻力试验来界定浮泥适航密度值的方法,提出采用船舶阻力计算方法确定浮泥的适航密度值。基于求解NS方程的CFD方法,建立了模拟浮泥中船舶运动流场的数学模型,模型中浮泥的本构关系用改进的Herschel-Bulkley模型来描述。以连云港航道现场泥样和超大型油船KVLCC2为例,采用所建立的数学模型计算了船舶以不同速度在不同密度浮泥中航行受到的阻力。通过数学手段分析了船舶阻力随浮泥密度变化的趋势,确定该港口航道浮泥的适航密度值为1 210 kg/m3,该值与采用流变试验方法和船模阻力试验方法得到的适航密度值接近,证明了文章提出方法的有效性。     

小水线面双体船船型与阻力特性关系的研究

本文利用计算流体力学软件FLUENT对一小水线面双体船的粘性绕流进行了数值模拟，研究其船型与船舶阻力之间的关系，主要讨论以下几个方面：（1）特定船型条件下，随着雷诺数变化阻力的变化情况；（2）两潜体在相同长度不同间距时的阻力特性；（3）相同排水量的条件下，潜体不同长径比时的阻力特性。通过将数值模拟结果与经验公式比较，验证FLUENT软件用于船舶阻力分析的有效性和实用性。     

船舶几种浮态下阻力的数值计算方法

商船会因装载不同而吃水大幅增减,舰艇会因战损而出现严重纵横倾,如何在浮态急剧变化时估算船舶的快速性,是一项具有普遍意义的课题.为了解决上述问题,采用计算流体力学方法对某型船模进行了大量计及自由表面的不同浮态下的阻力数值计算,在深入分析船体浮态改变时影响船舶阻力诸因素的基础上,对数值计算结果进行了研究,推导出船舶吃水、纵倾和横倾变化时的阻力估算公式.据此进行的数值计算结果与水池试验结果对比,吻合良好,从而验证了提出的计算模式的可行性,为解决船舶任意浮态下的阻力计算问题提供了新的思路.     

散货船纵倾减阻及其成因分析

船舶纵倾优化作为一种有效的节能减排技术已越发受到人们的关注。为了研究船舶纵倾优化过程中纵倾调整对船舶阻力变化的影响,采用计算流体力学方法(Fluent软件)运用RANS方程加VOF自由面模型的方法求解了180000DWT散货船在不同纵倾状态下的阻力数值和流场信息,将阻力计算结果与模型试验结果进行对比,验证数值计算的准确性。比较不同纵倾状态下阻力值,得到船舶设计状态阻力随纵倾变化规律。进一步运用Euler方程加VOF自由面模型的方法求得兴波阻力,总阻力减去兴波阻力即为粘性阻力,结合流场细节分析和比较,获得船舶纵倾优化过程中总阻力变化的主导因素。本文研究对于纵倾优化技术在散货船型上的应用具有积极的指导意义。     

船舶阻力图谱计算与模型试验结果比较分析

对现有船舶阻力快速预报方法进行比较分析,给出适用于不同吨位下肥大型船舶的阻力计算方法。结合国内近年来建造的几艘不同吨位的新型肥大型船舶模型试验资料,将图谱计算结果与模型试验数据进行对比、分析,研究其中的规律,结果表明,对于较大吨位的中、高速船舶阻力,兰坡凯勒法在适用范围和精度上要优于艾亚法, 而较小吨位的中、低速船舶则采用艾亚法要适合一些。     

基于一维方法和三维方法的模型尺度及实船尺度船舶阻力预报

考虑到船舶设计之初在已知船型参数有限的前提下需要进行船舶阻力计算,提出一种一维船舶阻力计算方法;考虑到船型确定后需要进行精细化的船舶阻力计算,以获取更多的流场信息或相对于一维方法的对比分析结果,提出一种三维船舶阻力计算方法。以具有真实物理水池船舶阻力试验结果的KCS船为例,分别基于一维方法利用NavCad软件和三维方法基于STAR-CCM+软件进行KCS船模型尺度与实船尺度下的船舶阻力计算,2种方法的船舶阻力计算结果与真实物理水池试验结果对比误差均在2%以内,验证了2种方法的准确性和可行性。     

基于CFD的散货船纵倾优化研究

船舶阻力会随着航态的改变而改变。在航速和排水量不变的情况下,通过调节船舶纵倾进而减小航行阻力是1种可靠且通用性强的方法。文章以1万t的散货船为例,基于CFD数值计算仿真工具Fluent的k-ω湍流模型求解RANS方程组,验证Fluent仿真在船舶阻力计算方面的可靠性,并通过调节艏倾和艉倾,计算出相同航速不同纵倾角下的船舶阻力值,提出平浮并非是该船舶最佳航行状态的结论,对船舶实际运营提供指导。在此基础上,提出1种对Fluent进行二次开发以进行更高效船舶阻力预报的方法。     

中间渠道船舶航行阻力计算方法与试验

中间渠道作为特殊限制性航道,船舶航行阻力是其尺度确定的关键参数。针对现有船舶航行阻力计算方法,分析其适用性,选取考虑了航道宽度和吃水比等因素的俞中奇公式作为中间渠道船舶阻力的参考计算公式,设计中间渠道船舶航行阻力试验方案,并开展3 000吨级散货船模航行试验,根据试验结果对俞中奇公式进行修正,利用Flow3D模拟船舶在不同断面系数下中间渠道中航行并提取阻力,验证修正公式的准确性。结果表明,修正后的经验公式计算结果与数模对比,最大误差不超过16.89%。该公式具有较高的计算精度,对中间渠道设计具有重要的参考价值。     

基于纵倾优化的油船节能研究

以成品油船的阻力性能为优化指标,根据船体型线图,采用CATIA及ICEM软件,建立三维模型及计算域,划分结构性网格;采用计算流体力学软件(Fluent)计算目标船在变纵倾状态和吃水下的阻力值,并与船模拖曳试验相比较,分析纵倾变化对船舶阻力性能的影响规律.结果表明:该方法可以确定船舶在不同吃水下的最优纵倾值,并为船舶的实际运营提供建议,从而提高船舶的节能减排率,为发展绿色船舶提供新方向.     

基于纵倾优化的油船节能研究

以成品油船的阻力性能为优化指标,根据船体型线图,采用CATIA及ICEM软件,建立三维模型及计算域,划分结构性网格;采用计算流体力学软件(Fluent)计算目标船在变纵倾状态和吃水下的阻力值,并与船模拖曳试验相比较,分析纵倾变化对船舶阻力性能的影响规律。结果表明:该方法可以确定船舶在不同吃水下的最优纵倾值,并为船舶的实际运营提供建议,从而提高船舶的节能减排率,为发展绿色船舶提供新方向。     

基于回归分析方法的船舶阻力估算

阻力预测是船舶设计的重要环节。本文采用多种阻力预测方法对KCS船舶、KVLCC2船舶、Wigley船型以及NPL圆舭艇的阻力进行估算,验证多种阻力预测方法的计算精度和可靠性,探究各种阻力预测方法的适用范围。结果表明,基于回归分析方法计算常规排水型船舶阻力和基于细长体方法计算瘦长船型和方尾船阻力的方案可行。船型特征是选择阻力预测方法的首要因素。细长体理论计算的自由面波形结果基本令人满意。本文对船舶阻力估算方法的研究起到一定的借鉴和参考作用,同时也提供了一系列阻力计算的验证算例。     

喷水推进器流道对船舶阻力性能的影响

[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。     

基于CFD的布缆船阻力数值预报

以布缆船作为研究对象,使用CFD软件Fine Marine计算布缆船在静水中不同航速时的阻力。选取DTMB 5 415模型进行数值仿真计算,运用二因次法进行换算并与实验值进行对比,证明该方法可以有效预估船舶的阻力。将该数值方法运用于布缆船模型,计算出不同航速下的阻力并分析。结果表明,使用Fine Marine软件对布缆船进行阻力性能预报,具有计算速度快、精度高的优点。计算方法对于船舶的阻力性能研究以及布缆船船型设计和优化有参考意义。