计算兴波阻力Dawson方法的数值改进及实用化发展

本文对Dawson方法在数值计算方法上作了改进,将Dawson采用的自由面源强和物面源强联立求解改进为分别求物面上的源强和自由面上源强,两者反复迭代,满足各自的边界条件,从而节约了计算时间和内存,使程序能在实际工程中应用。 本文为使程序实用化,还在初始数据准备和计算结果后处理方面作了努力。编制的若干绘图程序,能迅速而准确地绘制波型(二维、三维)、阻力、压力分布、升沉、纵倾等曲线,为计算机辅助船舶设计作了必要的基础工作,并能为试验数据处理和其它领域服务。 用本文数值改进后的Dawson方法计算了Wigley数学船型和Series 60船型,与试验数据、Dawson、Gadd等人和Mori等人的计算结果相比较,表明作者所作的改进是有意义的。     

基于面元法的二维物体绕流分析

文中基于面元法,在物体表面边界分布源汇和偶极子,发展了一种数值求解二维水翼定常绕流问题的计算模型。该方法以物面速度势为未知量进行求解,进而得到水翼的压力分布和相关水动力性能参数。通过数值计算结果与试验数据和相关理论解析解的比较分析,证实了本方法的可行性和可靠性。     

基于物面重叠的多附体船舶阻力数值模拟

阐述物面重叠技术,介绍重叠网格的基本原理以及物面重叠的处理方法,在此基础上采用单相Level-Set捕捉自由面方法和RANS方程对某型带多件附体的船舶进行阻力数值模拟,对其流场和自由面波形进行分析。与模型试验结果进行对比发现:数值计算结果与试验结果吻合良好,误差满足工程精度要求,验证了物面重叠技术应用于多附体船舶阻力数值模拟的可靠性。     

基于LDV测量的物面压力计算方法

本文提出了一种基于ＬＤＶ测得物体绕流场区边界的流动信息,在成熟ＣＦＤ程序中用第一类边界条件给定,通过对ＲＡＮＳ方程的直接求解得出精细的物面压力颁的新方法。针对ＮＡＣＡ００１５带８度攻角的二维对称机翼湍流场,进行了物面压力分布预报,并与水筒同步试验测出的物面压力作了对比,两者吻合情况良好,验证了方法的有效性。     

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。     

一种计算非线性兴波阻力的基于NURBS的高阶面元法(英文)

文章开发了一种用于求解非线性兴波阻力问题的基于非均匀有理B样条(NURBS)的高阶面元法.该方法采用NURBS基函数表达物面几何和边界面上的源强分布.为了满足非线性自由面边界条件,开发了一个迭代算法;辐射条件通过采用网格错位的数值技术得到满足.以Wigley数学船型为例,在一系列的船速下计算了非线性兴波阻力.数值结果表明所提出的方法对于计算兴波阻力是精确和有效的.     

四桨两舵推进系统的水动力干扰研究

利用较为简捷的扰动速度势的基本积分方程，从解面元法的基本积分方程得到偶极强度，直接求得流场中的速度势分布；为避免在物面上数值求导，用Yanagizawa方法求得物面上的速度分布并通过Bernoulli方程计算桨舵的压力分布，以此计算桨舵的升力系数等宏观量，再通过迭代的方式考虑桨舵的相互影响。通过对某大型舰船的四桨两舵推进系统的水动力所进行的分析研究得到了一些有益的结果。     

对解泊松方程数值生成网格方法的改进

本文对解泊松方程成生网格方法进行了改进，此法的本质是交替地改变网格的正交性和汇聚性。此方法的构思质朴，效果明显，尤其是对物面附近要求兼顾到网格的正交性和汇聚性两者时，它提供了一种有效的控制手段。此方法在计算船舶流体力学中有较高的实用价值。     

提高船舶操纵模拟器视景成像效率的算法设计

本文介绍了在船舶模拟器开发设计中采用的提高视景成像效率的算法。特殊代码设置使得物标和图素与视域交界面的判断简便易行,利用物标裁剪预处理减轻了图素裁剪的计算量;通过简化的面方向判断计算和深度排序法改进了隐藏面消除的处理速度     

作用于运动潜体的波浪力

本文用时域方法研究了波浪中三维运动潜体的水动力。自由面条件线性，物面条件在瞬时湿表面上准确满足，给出了潜体的受力和力矩公式。它能用较少的面元分块数得到满意的结果，计算精度比传统的微分法有较大提高。文中还给出了不计自由面效应时的水动力计算公式，以及作用在圆球上波浪力的解析解。文中以圆球和回转椭球体在不同潜深下作等速直线航行为例，讨论了ＩＢ项和ＢＢ项对波浪力（矩）的贡献，分析比较了分块数对波浪力的影响     

应用涡格法的超空泡螺旋桨设计

本文论述了一种超空泡螺旋浆的精确设计方法。在前篇论文中，用Ｇｏｌｄｓｔｅｉｎ的升力线理论计算环量分布和水动力螺距。并用两种近似方法作了升力面修正。发展了一种利用双抛物线多项或考虑拱度影响的改进修正方法。另外，利用由第列试验获得的经验公式进行包括叶栅效应的螺距修正。在本文中，应用涡格法直接完成了了升力面修正。更精确的环量分布是用Ｌｅｒｂｓ的升力线理论进行计算的。     

螺旋桨性能和压力分布预估方法的改进

本文提供了一个预估螺旋桨性能的升力面数值计算方法。该方法引入了一种新的螺旋桨尾涡模型,用圆锥螺旋面来模拟尾涡片的变形现象,以考虑尾流收缩等非线性影响。应用离散的涡、源奇点系作升力面数值计算.编制了螺旋桨性能及桨叶表面压力分布的计算程序。对DTNSRDC系列侧斜桨和AU型桨计算了桨叶上环量径向和弦向分布、螺旋桨敞水性能、桨叶上压力分布和桨后尾流场,并与相应的试验结果和其他方法的计算结果分别进行了比较。比较结果表明,利用本文提供的方法可望提高大侧斜螺旋桨性能的计算精度。     

对解泊松方程数值生成网格方法的一点改进

本文提出了一种生成网格的改进方法，此法的本质是交替地改善网格的正交性和汇聚性。此法的构思质朴，效果明显，尤其是对物面附近要求顾到网格的正交性和汇聚性两者时，此法提供了一种有效的控制手段。此法在计算船舶流体动力学中有较高的实用价值。     

自由液面对螺旋桨性能的影响

本文采用涡格升力面模型,提供了一个计算自由液面下(不计吸气影响)螺旋桨水动力性能的准定常升力面方法。在桨叶拱弧面上分布离散的涡系和表征桨叶厚度的源系,其未知涡强由满足螺旋桨物面条件、线性化自由液面条件和随边Kutta条件来确定。为了便于计算,对兴波部分简化了计算模型,螺旋桨用无限叶数螺旋桨模型来代替。 利用本数值方法编制的计算机程序,计算了桨轴有限沉深下螺旋桨的水动力特性,并和实验结果进行了比较,两者吻合良好。     

ONR内倾船波浪中复原力臂非线性现象试验和数值研究

船舶波浪稳性中参数横摇和纯稳性丧失是与波浪复原力臂变化有关的失效模式,波浪中复原力臂的变化是影响这些失效模式预报精度的关键因素.本文以ONR内倾船型为研究对象,通过试验和数值方法研究了横摇复原力臂的变化.首先采用半拘束模型(垂荡、纵摇自由,固定横倾角)试验测量波浪中船模复原力的变化;其次采用三维时域混合源法建立波浪中复原力臂的数值计算方法,在常规Froude-Krylov力假设的基础上,进一步考虑辐射力和绕射力对横摇复原力的影响,并在速度势的计算中引入精确物面条件,沿瞬时湿表面积分计算动态辐射力和绕射力的成分;最后通过试验结果和数值计算结果的比较,以及复原力臂组成成分的分析、近似物面非线性条件和精确物面条件计算结果的对比等,详细分析了ONR内倾船型波浪中复原力臂的非线性现象.研究表明:顶浪中常规Froude-Krylov力假设不够完善,随着航速、波陡、横倾角度的增加,波浪中复原力臂的非线性现象十分明显,辐射力和绕射力对复原力臂的贡献是非线性现象的主要原因;基于精确物面条件计算动态辐射力和绕射力引起的复原力臂变化可以更好地反应复原力臂的非线性现象.     

螺旋桨离散谱噪声计算研究

在螺旋桨处于非空泡状态时，离散谱噪声是舰艇辐射噪声的主要成分之一。因而对螺旋桨离散谱噪声进行预报控制至关重要。螺旋桨离散谱噪声计算一般是在螺旋桨非定常力计算和声学计算相结合的基础上得到的。非定常力可以采用面元法或升力面方法计算得到。本文对两种方法进行了比较，结果面元法要优于升力面方法。随后的算例采用面元法计算出螺旋桨非定常力后作为FW—H方程的源项进行了螺旋桨离散谱噪声预报，并通过螺旋桨参数变化可得到离散谱噪声变化规律。     

波浪中航行船舶水动力和运动分析的Rankine源高阶面元法研究

基于三维频域势流理论,采用计及定常绕流影响的物面和自由面条件,建立了求解波浪中航行船舶水动力和运动响应的Rankine源高阶面元法。采用九节点等参单元离散船体表面,引入Rayleigh人工阻尼项消除自由面截断处波浪的反射,并基于积分方法计算物面条件中的mj项。为了反映波浪自船头向船尾传播的特性,提高数值计算稳定性和精确性,采用二阶迎风差分格式处理自由面条件中速度势的二阶空间导数。选择不同的自由面范围和网格密度对船舶在典型工况下的水动力系数进行计算和分析,以确定达到收敛要求的离散参数取值。在此基础上,针对不同船型在不同遭遇频率下的水动力和运动响应进行数值预报,并将它们与试验及其它数值方法的结果进行对比,表明用该方法计算的结果与试验数据吻合良好。该方法与基于线性均流和常值单元离散的Rankine源法相比精度更高,对于船体外飘的船舶水动力计算要比移动脉动源法更为稳定。     

船舶尾部流动与多个螺旋桨相互干扰的数值模拟

本文使用RANS方程，K－ε模型和螺旋桨升力面理论，通过力场模型将船舶尾部流动计算程序和螺旋桨性能预报计算程序耦合，用数值方法模拟了由多个螺旋桨驱动的船舶尾部流动的复杂结构和形态，初步探索了船尾流动与多个旋转螺旋桨之间的强烈相互作用。一个带四桨的船模作为数值例子。给出了计算结果并作了定性和定量的分析，与可用的试验结果作了比较，较为吻合。     

离心式通风机三元流动计算分析探讨

本文应用准正交面方法编制通用程序对离心式通负机前弯和后弯叶轮的三元流场进行了计算，计算考虑了叶轮下游影响以满足流场的周期性条件，对两种形式叶轮的计算结果进行了比较，并分析了各自的特点。     

考虑定常兴波影响的辐射问题去奇Rankine源方法数值计算

随着中高速船舶在海洋资源开发中的广泛应用,航速对船舶在波浪中摇荡运动的影响受到重视。本文基于势流理论,采用非均匀有理B样条(NURBS)表达物面,应用去奇Rankine源方法求解流场速度势;推导了兴波问题的二阶近似非线性自由面边界条件,以及考虑二阶近似非线性兴波影响的辐射速度势的线性自由面和物面边界条件。本文编程首先数值计算了Wigley船型的近似非线性兴波问题,将计算的线性和非线性兴波阻力系数与文献结果做了比较;然后数值计算了计及线性定常兴波影响的下潜圆球有航速辐射问题,将计算的附加质量和阻尼系数与文献结果比较。本文计算结果与文献结果吻合程度较好,验证了本文数值计算方法的有效性。文中还给出了兴波波形和辐射波形。