基于CFD的船舶阻力预报方法研究

根据船舶阻力成分及预报方法进行分析讨论,提出基于CFD的方法进行船舶阻力数值预报。分别基于势流和粘性流理论对船舶阻力进行预报,将阻力系数与试验值进行对比。基于粘性流体理论求解获得船体的粘性总阻力及摩擦阻力,基于势流理论直接求解欧拉方程获得船体兴波阻力。通过对某油船在各航速下的阻力理论计算结果与船模试验值的比较表明,该方法计算速度快,经济性好,且预报精确度高,完全满足工程需要,可以在实际工程使用。     

基于Michell理论的多体船阻力计算

利用Michell线性兴波理论,从单体船的波谱函数出发推广到多体船,推导了多体船兴波阻力计算公式,并将计算结果与试验结果进行了比较,计算兴波阻力结果可以反映试验趋势,有效马力比较接近于试验结果,可以为多体船的方案优选提供依据.     

近水面潜体兴波阻力的数值预报和收敛性分析

基于Nobleses新细长船兴波阻力理论,以匀速直航的定深椭球体为对象,运用新的数值计算方法,考察了物面分块数目、单元节点数目、波向角积分范围和特殊函数的项数对0阶和1阶兴波阻力数值计算结果的影响,并将计算结果与有关权威资料综合互校,证实这种算法对近水面潜体兴波阻力预报是可行的.     

On nonlinear ship waves and wave resistance calculations

A finite difference method based on the Euler equations is developed for computing ship waves and wave resistances. Time marching is carried out using a time-splitting fractional-step method. The second-order central difference is used to discretize the spatial differentials, while the convection terms are discretized by the QUICK scheme. A body- and free-surface-fitted grid system with a cell-centered stencil is used. A Poisson equation for the pressure increment at each time step is solved to enforce mass conservation. The method is validated by comparing the numerical results with the experimental data for a Wigley parabolic hull. The characteristics of ship waves, such as the wave profile along the hull, the wave pattern on the free surface, the pressure distribution on the hull surface, and the wave-making resistance are reasonably predicted. The calculated results are in good agreement with the experimental data. Received for publication on Oct. 13, 1998; accepted on Jan. 20, 1999     

基于RANS方程的船模兴波阻力分离计算方法及其适用范围研究

运用空气-水两相流RANS方程计算了两型船模的粘性兴波流场,提出了兴波阻力的分离计算方法,并研究了该方法的适用范围.结果表明,在长度傅汝德数低于0.4时,文中对船模兴波阻力及波高的计算结果都与模型试验基本相符,但当长度傅汝德数高于0.4时,计算结果与试验还存在一定的差距.     

用Rankine波幅函数预报高速三体／五体船主体与侧体的兴波阻力干扰

基于兴波阻力的薄船理论,作者曾提出用兰金体波幅函数(RWAF)代替实际船型的波幅函数,确定了高速双体船片体间的阻力干扰因子,从而可计算得到双体船的兴波阻力.本文将该方法用于高速三体船侧体与主体之间的兴波阻力干扰计算,以探讨主、侧体尺度及相对位置变化对于兴波阻力干扰因子τO、τOM的影响及其变化规律.基于这一研究结果,可实现用单体船阻力的实验资料,经过侧体、主体间的兴波干扰影响理论修正,来估算高速三体船的阻力;同时可用于对于最小阻力三体船片体尺度与布局之优化.     

A method based on potential theory for calculating air cavity formation of an air cavity resistance reduction ship

This research is intended to provide academic reference and design guidance for further studies to determine the most effective means to reduce a ship’s resistance through an air-cavity. On the basis of potential theory and on the assumption of an ideal and irrotational fluid, this paper drives a method for calculating air cavity formation using slender ship theory then points out the parameters directly related to the formation of air cavities and their interrelationships. Simulations showed that the formation of an air cavity is affected by cavitation number, velocity, groove geometry and groove size. When the ship’s velocity and groove structure are given, the cavitation number must be within range to form a steady air cavity. The interface between air and water forms a wave shape and could be adjusted by an air injection system.     

A method based on potential theory for calculating air cavity formation of an air cavity resistance reduction ship

This research is intended to provide academic reference and design guidance for further studies to determine the most effective means to reduce a ship’s resistance through an air-cavity. On the basis of potential theory and on the assumption of an ideal and irrotational fluid, this paper drives a method for calculating air cavity formation using slender ship theory then points out the parameters directly related to the formation of air cavities and their interrelationships. Simulations showed that the formation of an air cavity is affected by cavitation number, velocity, groove geometry and groove size. When the ship’s velocity and groove structure are given, the cavitation number must be within range to form a steady air cavity. The interface between air and water forms a wave shape and could be adjusted by an air injection system.     

内河船舶波浪载荷研究

利用内河波浪散布图和修订波浪谱对内河系列船舶进行了波浪载荷的计算预报,首次分析了内河船舶波浪载荷的规律和特点,并与俄罗斯内河登记局(RRR)和法国-德国船级社(B-G)的内河规范载荷对应的等效模数要求进行了比较分析。结合实船测试结果表明：波浪载荷变化规律与国外同类规范一致,预报波浪载荷水平与测试结果及国外同类规范要求相当。内河船舶波浪载荷预报应考虑航速和水深的影响,载荷预报结果可以作为制定内河波浪载荷公式的基础。     

基于兴波理论与阻力图谱资料的高速双体船阻力预报方法

在原苏联"方尾图谱"重分析和改进的基础上[1],基于兴波阻力的薄船理论与船模试验数据的结合,提出用兰金(Rankine)体的波幅函数代替实际船型的波幅函数,以确定双体船片体间的阻力干扰因子,从而计算得到双体船的兴波阻力.整个计算过程直接使用Microsoft Excel,对新方尾单体船电子阻力数据执行查值和进行主要影响系数的修正计算,粘性影响修正与总阻力计算;进行不同尺度的快速性方案比较,以及确定高速单体船或高速双体船的总阻力与有效功率曲线.通过WP60穿浪双体船一算例与船模试验结果的比较表明,该方法是一种实用、高效、灵活、便捷和可靠的计算方法.     

小水线面单体船船型与阻力研究

对一种新型高性能船-小水线面单体船的船型与阻力性能作探索性研究,通过船型分析与设计计算,提出了两种小水线面单体船的船型方案,绘制了其中一种型线简图,结合理论计算、模型试验与经验公式方法,对设计船型的阻力性能进行了分析,阐述了小水线面单体船各阻力成分分配特性、主船体部分几何参数、潜深、支柱形状对阻力影响的规律.     

新波浪理论在系留船舶二阶波浪力计算中的应用研究

通常在计算波浪与结构物相互作用时都采用规则波假定,例如Airy波和Stokes波,波高一般采用实测有效波高,这种方法认为所有的波浪能量都集中在一个波浪频率上,从而忽视了海洋波浪实际的宽谱特征使得计算出的结构物动态响应不具有代表性。该文阐述了新波浪理论(NewWave Theory)的基本概念,介绍了一种新型的极限入射波浪模型,该模型考虑了天然海浪的随机性、谱性和方向性。新建立的波浪模型不仅可以作为恶劣海域海工结构计算时最不利波浪力设计标准,而且可使系留船舶的全向二阶波浪力计算得到极大的简化,节省大量的时间成本。文中还阐述了新波浪理论模型引入到波浪与结构物相互作用水动力计算的方法和步骤。最后对一种萨哈林(Schiehallion)型FPSO在不同方向入射波作用下的平均漂流力进行了计算和讨论。     

船行波对系泊船的影响分析

介绍船行波的两种算法,着重运用Flory-Remery算法通过OPTIMOOR系泊软件,结合巴基斯坦某港7.5万吨级煤码头,分析临近进港航道建设码头泊位时船行波荷载对码头泊位上系泊船的影响,并提出不影响系泊船正常作业的临界航速,供类似工程参考。     

基于stokes波浪理论的近海风电基础波浪荷载变化规律

针对近海风电基础所处的环境特点,参考实测资料,选取Stokes波浪理论,对作用在风电基础上的非线性波浪荷载进行了研究。计算得出了波浪特征参数确定时波浪的速度势函数、速度场函数和加速度场函数,通过分析其变化规律,计算出作用于基础的总波浪荷载的变化特征;在利用BP神经网络对波浪特征参数变量和周期内波浪荷载极值变量进行预测的基础上,获得了波浪荷载极值分布的概率密度函数。     

有限水深中破损船舶的运动与波浪载荷研究

由于有限水深中船舶搁浅和触礁等严重破损事故频发,为了减少事故的发生,对有限水深中船舶破损后的运动及波浪载荷的研究显得十分必要。文章基于三维势流理论,引入有限水深自由面Green函数,在频域内使用奇点分布法对一艘首部破损进水的散货船在有限水深中的运动与波浪载荷展开了计算,并根据劳氏船级社规范做了短期预报。短期预报结果表明,该散货船破损进水后,船体所受垂向和水平波浪弯矩均比破损前有明显增加,且在较浅水深中变化更为显著。     

特定航线江海通航船波浪载荷研究

为了能对江海通航船型的结构强度进行合理评估,根据载荷第一原则,按特定航线所在的E1海区的波浪统计资料,对该海区船舶的波浪载荷进行了系统研究,并给出了航行于该海区江海通航船的波浪附加弯矩、波浪附加剪力、波浪水平弯矩及波浪扭矩的长期预报值.本文的研究结果已纳入中国船级社《特定航线江海通航船检验指南》中,对特定航线江海通航船的发展起到了积极的推进作用.     

船舶波浪弯矩短期预报研究

采用两种方法（一是利用WALCS软件,基于三维频域线性水动力理论;二是利用3小时波浪弯矩有义值MS,根据极值I型理论）进行船舶波浪弯矩短期预报,并分别计算得到16艘船舶（6艘散货船、10艘油船）的短期波浪弯矩。经比较发现,根据极值I型理论得到的短期波浪弯矩与WALCS软件短期波浪弯矩偏差较小,在工程实践中具有一定参考价值。     

基于兴波阻力的三体船片体位置快速优化方法

三体船片体位置优化的工作量很大,不仅要考虑片体间的横向距离,也要考虑片体间纵向距离.为快速优化三体船的片体位置,基于Noblesse细长体理论,按照一阶Kochin函数的表达式,在指数函数展开分离变量方法的基础上,本文推导了三体船兴波阻力的计算公式,并根据这些公式实现了三体船兴波阻力的快速计算.数值计算与模型试验相吻合.数值计算结果和模型试验结果均显示,三体船的片体位置对兴波阻力有很大影响.     

船舶波形阻力数值计算

在以高阶面元法数值计算船舶兴波波形的基础上,利用波形分析的纵切法、横切法计算波形,作波形积分求取船舶的波形阻力。数值实践表明:纵切法稳定性良好但结果偏小,横切法可以获得较好结果但有时不够稳定。     

船舶在波浪中阻力增加预报研究进展

从数值计算和模型试验两个方面,介绍船舶在波浪中阻力增加预报的研究进展,分析各种方法的基本原理,提出阻力增加预报的发展方向.