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。     

船舶航行下沉量计算方法对比分析

通过对影响船舶航行下沉量的主要因素进行系统分析,针对非限制性航道、挖槽航道和限制性航道,将不同船舶航行下沉量计算方法得到的结果和试验结果进行对比.结果表明,我国现行的<海港总平面设计规范>规定的船舶航行下沉量值只适用于非限制性航道,对于挖槽航道和限制性航道,其规定值偏低.更准确的计算船舶航行下沉量可采用数值模拟的方法获得.     

C型LNG船货舱区温度场分析

C型液化天然气(Liquefied Natural Gas,LNG)船货舱区的温度场计算通常采用简化一维传热计算方法,计算精度差,难以准确地确定货舱区船体结构温度场分布,从而影响货舱区结构材料级别选取的准确性。对此,根据C型LNG船货舱区的传热特点,介绍基于热传导、热对流和热辐射等3种传热方式的三维有限元温度场计算,并以某3000m~3 C型LNG船为例,比较在极端环境下采用简化传热计算方法和三维有限元传热计算方法得到的计算结果,发现采用三维有限元传热计算方法得到的温度场计算结果可体现整个货舱区各区域的温度场变化,可为准确选取结构材料级别提供依据。     

非稳态电伴热管道参数计算简化模型的研究

本文用集总参数分析法，对非稳态电伴热介质管道温度和传热量随时间变化的规律进行分析，得到了其中的函数表达式；作者尝试建立线性模型来简化介质管道的传输热量、介质温度如何随时间变化的计算过程，并提出了该计算模型的可行性。     

船舶多自由度斜航运动水动力数值研究

计及多自由度运动的船舶斜航水动力预报对船舶航行安全具有重要意义。文章通过耦合求解船舶运动方程和雷诺平均N-S方程,并采用VOF方法和高精度自由面捕捉技术对作多自由度斜航运动船舶的粘性绕流场进行数值模拟。船舶动态平衡位置根据计算出的力和力矩来决定,得到包括升沉、纵倾和横倾在内的船舶浮态。文中采用的算例与爱荷华大学进行的模型试验相同,通过比较数值计算结果和试验值验证了该方法的有效性。对船模在受约束和自由运动两种状态下的船舶运动和流场进行模拟,通过比较分析船舶升沉、纵倾和横倾的影响。文中计算获得的详细流场细节特征,包括前体和舭部的涡以及船体表面上的压力,有助于理解船舶斜航运动浮态变化的机理。     

载人潜水器水下传热问题近似计算方法

本文重点提出一种用于计算水下载人潜水器热交换的传热模型,该传热模型首次综合考虑了水下隔热层、空调、蓄热体、热源等因素对舱内温度的影响,在做出一定假设后,问题可简化为一维非稳态传热问题,采用有限差分方法对导热微分方程进行数值求解,并利用Matlab实现程序化计算。利用该程序对某工程算例的不同工况进行计算,将结果与AMESim仿真结果对比分析,验证所提传热模型及计算方法的正确性。该模型与方法为今后水下载人潜水器在热舒适性问题上的研究设计提供了一种便捷技术手段。     

船舶无线移动网络动态混乱信息节点高效寻优算法

为了解决传统船舶无线移动网络动态混乱信息节点高效寻优算法准确性与适应度低的缺陷,提出船舶无线移动网络动态混乱信息节点高效寻优算法研究。为了简化信息节点寻优的过程,采用相似权方法对船舶无线移动网络进行加权处理,得到信息节点强度值,以此为基础,依据结构洞理论计算信息节点重要度,以得到的信息节点重要度数据为依据,搭建信息节点寻优模型,以此为工具实现了船舶无线移动网络动态混乱信息节点的高效寻优。通过测试结果得到,与传统船舶无线移动网络动态混乱信息节点高效寻优算法相比较,提出的船舶无线移动网络动态混乱信息节点高效寻优算法极大地提升了准确性与适应度,充分说明提出的船舶无线移动网络动态混乱信息节点高效寻优算法具备更好的寻优效果。     

船舶多自由度斜航运动水动力数值研究（英文）

计及多自由度运动的船舶斜航水动力预报对船舶航行安全具有重要意义。文章通过耦合求解船舶运动方程和雷诺平均N-S方程,并采用VOF方法和高精度自由面捕捉技术对作多自由度斜航运动船舶的粘性绕流场进行数值模拟。船舶动态平衡位置根据计算出的力和力矩来决定,得到包括升沉、纵倾和横倾在内的船舶浮态。文中采用的算例与爱荷华大学进行的模型试验相同,通过比较数值计算结果和试验值验证了该方法的有效性。对船模在受约束和自由运动两种状态下的船舶运动和流场进行模拟,通过比较分析船舶升沉、纵倾和横倾的影响。文中计算获得的详细流场细节特征,包括前体和舭部的涡以及船体表面上的压力,有助于理解船舶斜航运动浮态变化的机理。     

板壳式换热器的热工特性

针对板壳式换热器热工特性，分析比较壁面温度测定法、等雷诺数法、威尔逊法和等流速法等方法的适用性，最终确定采用等流速法进行实验研究及数据拟合。通过试验拟合得到的传热准则关系式，计算出传热系数的相对误差。结果表明：所得到的关系式计算得到的误差较小，可作为板壳式换热器传热计算依据。     

关于m-项及三维船舶在波浪中运动的一种数值计算方法(英文)

文章提出一种基于Rankine源分布的三维船舶运动数值计算方法。该方法可求解定常及非定常的船舶兴波势流场。自由表面条件利用迭模解进行线性化,而物面条件中包含了m-项。由于m-项是定常速度势的物面二阶导数,数值计算有一定困难。文中使用一种直接数值差分方法计算m-项。文中也提出一种满足远方辐射条件的数值差分方法。船舶的下沉和纵倾则通过迭代求解稳态兴波问题获得,从而确定船舶在有航速时的湿表面再进行耐波性计算。该方法的计算与现有模型试验进行了比较,结果令人满意。     

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。