船舶全浪向波浪增阻数值计算与模型试验验证

论文将基于切片理论的迎浪波浪增阻计算方法拓展至全浪向波浪增阻预报,开展了两条船在不同航速、不同浪向下的波浪增阻计算,并与模型试验结果进行了比较。论文方法具有一定的工程实用性,可用于船舶设计阶段有航速情况的全浪向波浪增阻的快速评估。     

全浪向波浪增阻预报新方法在实船试航中的应用研究

波浪增阻的正确预报对实船的功率修正具有重要影响，需要恰当消除才能准确评价约定功率下的航速是否达到要求。2022年12月召开的MEPC 79会议正式将ITTC 2021版“实船航速测试分析规程”确定为法定规程，该规程引入了全浪向波浪增阻预报方法 SNNM，弥补了现有波浪增阻预报方法的局限。该文重点研究了周期、浪向、波谱以及RAO曲线形状等因素对SNNM预报方法的影响，可用于指导实船试航的功率修正。     

基于CFD的船舶不同浪向下运动及增阻数值分析

为分析波浪对船舶快速性和耐波性的影响,必须对波浪中航行的船舶阻力增值进行准确预报。本文基于计算流体力学软件FINE/Marine建立了Wigley船模的数值模型,对不同规则波波长下的船体运动和波浪增阻进行了计算,并与试验结果进行对比,验证了数值模型的可行性与准确性。同时计算分析了船舶在规则波中航行时的波浪增阻与浪向之间的变化关系。通过研究发现：随着浪向角的增大船舶波浪增阻逐渐增加,在60°浪向角时波浪增阻达到最大值,浪向角对波浪增阻的影响较大。本文的研究方法可用于船舶有航速下的不同浪向波浪增阻的数值预报。     

船舶在随浪中的增阻和失速研究

针对国际拖曳水池会议(International Towing Tank Conference,ITTC)推荐的实船试航航速修正方法中对波浪增阻的修正未严格区分迎浪工况和随浪工况的情况,对一艘50500载重吨油船进行随浪规则波模型试验,并将所得结果与迎浪规则波模型试验结果相对比,研究船舶在随浪中的波浪增阻和运动规律.采用ITTC实船功率预报推荐的阻力推力一致法对该船进行实际海况下的失速预报分析,对比迎浪和随浪工况下的实船失速预报情况.结果 发现,在相同等级的海况下,随浪工况下的船舶失速比迎浪工况下的船舶失速小,且随着海况等级的提升,两者的失速差值越来越大.     

基于模型试验的船舶最小推进功率研究

根据最新的"2013恶劣海况下维持船舶操纵性的最小推进功率临时导则"对两艘新设计船舶开展了最小推进功率第一层次评估以及基于波浪增阻模型试验和理论计算的最小推进功率第二层次评估。评估结果表明,两艘船舶均不能满足第一层次评估要求,通过开展波浪增阻模型试验和理论计算,两艘船舶均能满足第二层次评估要求;同时,基于波浪增阻模型试验和理论计算的最小推进功率第二层次评估结果之间存在一定差异。论文研究成果为中国向MEPC会议提交最小推进功率提案提供了技术支撑。     

基于势流理论的大型船舶最小装机功率波浪增阻预报

IMO组织对于船舶最小功率要求提出了严苛要求,为求得船舶最小功率要求需要计算船舶在极端海况下受到的总阻力,其中波浪增阻的计算最为困难。目前广泛采用的CFD方法在计算VLCC这类超大型船舶的波浪增阻时效率较低。为快速准确计算这类船舶的波浪增阻,本文以32万吨VLCC为例,利用水动力计算软件Aqwa分别计算出其在静水及波浪环境下受到的阻力,通过两者相减得到波浪增阻。与模型试验结果相比较发现,采用三维势流理论预报波浪增阻计算效率高且结果准确,可作为此类船舶开发前期的波浪增阻预报参考。但在单独计算静水及波浪中阻力时误差较大,不建议采取这一方法。本文验证了这一方法在低Frude数时的准确性,高Frude数时这一方法是否有效还需进一步验证。     

短波顶浪中KVLCC2船模阻力增加CFD计算研究

波浪中航行船舶阻力增加,特别是短波中的阻力增加,是船舶界关注的焦点之一,也是船舶水动力学界研究的热点之一。论文采用基于RANSE的数值波浪水池技术,针对KVLCC2船型,开展了短波顶浪中船舶阻力增加的数值计算研究。与模型试验结果的比较表明,文中的CFD方法能够相当准确地计算短波顶浪中航行船舶的阻力增加;对船体各部分波浪增阻的分析表明,船体艏段产生的波浪增阻占主导地位,艉段的波浪增阻很小,而平行中体段对波浪增阻几乎无贡献。     

短波顶浪中KVLCC2船模阻力增加CFD计算研究

波浪中航行船舶阻力增加,特别是短波中的阻力增加,是船舶界关注的焦点之一,也是船舶水动力学界研究的热点之一。论文采用基于RANSE的数值波浪水池技术,针对KVLCC2船型,开展了短波顶浪中船舶阻力增加的数值计算研究。与模型试验结果的比较表明,文中的CFD方法能够相当准确地计算短波顶浪中航行船舶的阻力增加;对船体各部分波浪增阻的分析表明,船体艏段产生的波浪增阻占主导地位,艉段的波浪增阻很小,而平行中体段对波浪增阻几乎无贡献。     

短波顶浪中KVLCC2船模阻力增加CFD计算研究（英文）

波浪中航行船舶阻力增加,特别是短波中的阻力增加,是船舶界关注的焦点之一,也是船舶水动力学界研究的热点之一。论文采用基于RANSE的数值波浪水池技术,针对KVLCC2船型,开展了短波顶浪中船舶阻力增加的数值计算研究。与模型试验结果的比较表明,文中的CFD方法能够相当准确地计算短波顶浪中航行船舶的阻力增加;对船体各部分波浪增阻的分析表明,船体艏段产生的波浪增阻占主导地位,艉段的波浪增阻很小,而平行中体段对波浪增阻几乎无贡献。     

波浪增阻计算方法对船舶航速的影响分析

失速系数（ fw）是EEDI公式的计算参数之一。文章研究了典型海况下不同的波浪增阻计算方法对船舶航速以及fw的影响。文中主要基于三种波浪增阻理论计算模型,以肥大型船为研究对象,计算分析典型海况蒲氏六级下的波浪增阻系数的分布规律以及相同收到功率下的航速和fw。结果表明：三个理论模型计算得到的fw均低于模型试验结果;Model-3高估了不规则波中的波浪增阻值;Model-1和Model-2计算得到的fw与模型试验结果较接近。     

小方型系数船舶的船体波浪载荷综合研究

从船级社规范对于不符合主尺度比要求的船舶船体梁波浪载荷的规定出发,采用理论预报和船模试验2种综合方式,进行了小于0.6方型系数、高航速、高海况目标船的波浪载荷研究。从规范对波浪载荷的线性理论预报值进行的非线性修正,修正后中拱和中垂波浪弯矩绝对值之和与线性理论预报极值全幅值相等出发,阐述所研究船特殊主尺度比下的模型试验结果、三维非线性水弹性理论预报结果显示出的波浪载荷非线性行为;同时综合模型试验与理论预报的共同规律,研究不同波高、航速、浪向等非常规船型船体波浪载荷的强非线性行为,从而认为规范基于的线性理论预报值进行非线性修正的统一规定太过笼统,进而建议规范对波浪载荷的非线性修正予以进一步的明确区分和规定。     

小方型系数船舶的船体波浪载荷综合研究

从船级社规范对于不符合主尺度比要求的船舶船体梁波浪载荷的规定出发,采用理论预报和船模试验2种综合方式,进行了小于0.6方型系数、高航速、高海况目标船的波浪载荷研究.从规范对波浪载荷的线性理论预报值进行的非线性修正,修正后中拱和中垂波浪弯矩绝对值之和与线性理论预报极值全幅值相等出发,阐述所研究船特殊主尺度比下的模型试验结果、三维非线性水弹性理论预报结果显示出的波浪载荷非线性行为;同时综合模型试验与理论预报的共同规律,研究不同波高、航速、浪向等非常规船型船体波浪载荷的强非线性行为,从而认为规范基于的线性理论预报值进行非线性修正的统一规定太过笼统,进而建议规范对波浪载荷的非线性修正予以进一步的明确区分和规定.     

短波增阻对船舶失速系数的影响分析

船舶失速系数fw的理论预报较为复杂,仅就波浪增阻这一影响fw的重要因素,选择一条8万t级散货船开展了模型试验研究.试验结果表明,在BF6级典型海况中短波增阻占到船舶波浪增阻的50%左右,由此试验结果分析失速系数fw表明短波增阻对fw的影响可达3%.这一研究表明对于大中型船舶,短波成份是影响波浪增阻的重要因素,需要在模型试验和数值计算中重点关注.     

基于最小推进功率的阿芙拉级油船波浪增阻计算方法的研究

船舶能效指数(EEDI)的强制实施使得设计的船舶主机功率有一定程度上的降低。以阿芙拉级油船为例,评述几种波浪增阻计算方法以及其精度,并进一步开展第二层方法的评估。分析波浪增阻计算精度对最小推进功率评估的影响,为新船型的最小推进功率验证提供参考。     

基于数值水池的集装箱船波浪增阻数值模拟

船舶在实际航行的过程中,在快速性方面会遭遇波浪使阻力增加而引起失速。为了设计具有优良航行性能的船舶,必须对船舶在波浪中航行的阻力增值给出准确的预报。船舶在波浪中航行的运动响应以及增阻预报涉及复杂的水动力学问题,如何开展准确的数值预报,这是目前国内外学者都在深入研究并力求工程应用的课题。本文对集装箱船进行实体建模,基于Fine/Marine的自适应网格生成技术HEXPRESS功能,数值模拟了规则波浪下,不同航速集装箱船的波浪增阻的变化规律。通过研究发现:在波长l/L_(PP)=1. 0附近垂荡运动响应变化明显,并且增阻系数最大,航速越大波浪增阻系数越大。本文的研究成果为后续船舶波浪增阻的预报以及优良船型的设计提供了有价值的参考。     

改进的预报集装箱船波浪增阻的半经验方法

波浪增阻的精确预报对船舶实际航行的性能分析具有重要意义。论文采用理论的和半经验方法,对集装箱船进行了规则波迎浪航行波浪增阻计算,与试验结果进行了比较,分析吃水和航速影响。理论方法基于水平线段移动脉动源的三维面元法求解速度势问题,进而采用三维船体辐射能量法得到船舶辐射增阻,基于二阶波浪力中绕射势得到绕射增阻;经验方法采用ISO15016-2015推荐的STAWAVE2方法。通过分析两种方法波浪增阻成分占比,得出了不同方法在不同频域段的适用范围。对半经验方法计算波浪增阻的关键参数进行了讨论,结合理论计算结果的趋势,针对集装箱船船型,提出了反映船型特征的预报波浪增阻的半经验方法。     

高速船波浪增阻数值预报方法研究

海洋气象因子fw是国际海事组织（IMO）提出的EEDI计算公式中的重要成分,而船舶波浪增阻是决定fw的关键,由于国际上关于高速船波浪增阻预报方面的研究很不完善,为此文章基于二维半理论求解水动力和运动响应,利用几种不同方法对波浪增阻进行计算,并与模型试验结果相比较,在此基础上,推荐了一种适合计算高速船波浪增阻的方法。     

14000 kW救助船恶劣海况下失速系数数值研究

为研究救助船舶在恶劣海况条件下的失速性能,保证救助船舶的航行安全性,选取非线性势流计算方法和黏流CFD方法,计算KCS船在静水和规则波中的波浪增阻及船舶运动.将计算结果与船模试验数据进行对比可得:2种数值模拟计算方法在计算波浪增阻时,误差均在3.6％以内,但非线性势流理论方法相较于黏流CFD方法能够大量节约时间.因此,选定非线性势流理论计算方法为救助船数值试验计算方法,将救助船非线性势流理论计算结果与静水船模试验结果对比,在设计航速17.5 kn时,阻力误差绝对值为2.22％,选取方法有效.根据ITTC 2014年提出的失速系数计算方法进行目标船型失速预报,在设计航速17.5 kn条件下,5级海况时失速系数最大,为0.93,7级海况时失速系数最小,为0.66.     

基于ISO15016的实船航速修正方法

介绍了试航航速修正标准ISO15016（2002）的基本原理,根据载荷系数的变化建立平衡方程式,最终修正得到深水、平静海面、无风、无浪、无流条件下的船舶航速和功率。通过VBA编程,编制了一套考虑风、潮流、波浪、操舵、水温、航行状态和浅水等影响因素在内的船舶试航航速修正软件,并以1SO提供的算例对软件进行了检验,证明了该软件的可靠性。最后运用该软件对某散货船实船试航航速进行修正,并与模型试验预报结果进行比较,获得了相同的功率曲线变化趋势。     

基于船波相对运动的砰击压力和上浪载荷预报方法

本文基于船波相对运动理论,对舷侧砰击压力和甲板上浪载荷的数值及试验预报方法分别进行了研究.利用三维势流理论计算船舶与波浪之间的相对运动,可以得到船波相对速度及甲板上浪高度.对于砰击压力通过数值模拟方法得到砰击压力系数后结合船波相对速度来预报;对于上浪载荷则采用考虑船舶航速的溃坝模型结合甲板上浪高度来预报.此外,开展了船舶运动和砰击压力模型试验,船波相对运动由沿着模型横剖面布置在舷侧的浪高仪测量,并且测得了相应位置处的砰击压力.最后分别对船波相对运动和砰击压力的数值结果与试验数据进行了比较分析,同时基于船波相对运动给出了一种砰击持续时间计算方法.