多桨船双臂支架空泡性能优化及其对螺旋桨空泡性能影响研究

水面多桨船舶在高速航行时,其双臂支架极易产生较强的不稳定的片状空泡,此空泡不仅会增加支架空泡剥蚀的风险,还会因为支架空泡的存在,加大伴流的不均匀性,从而增加螺旋桨叶片上空泡的不稳定性。本文采用新型双臂支架设计、加工、装配方法,在大型循环水槽内利用全附体船舶模型进行了双臂支架空泡性能优化的系列试验。试验结果表明,支架空泡性能对其角度的变化极为敏感,合适的支架角度不仅能显著改善支架本身的空泡性能,亦可改善螺旋桨叶片上的空泡特性。     

附体对潜艇阻力及尾部伴流场的影响

针对SUBX潜艇模型,采用数值计算手段,开展附体对潜艇阻力及尾部伴流场的影响分析。计算表明,附体导致潜艇粘压阻力的显著增加,以及伴流场不均匀性的产生。稳定翼对桨盘面半径内伴流场不均匀性的影响较大,而指挥室围壳主要影响桨盘面半径外伴流场不均匀性。从降低阻力和改善伴流场角度考虑,需开展附体外形、位置及与主艇体连接形式的深入研究。     

多块结构化网格在含附体水面船模粘性流场数值计算中的应用

本文使用RANS方程和剪切应力输运k-ω模型求解含附体的水面船舶粘性流场.整个计算域被分成很多区块,各个区块单独生成结构化网格,在包含不同附体部件的区块之间,网格是不匹配的,交界面处各流场变量由插值计算传递.计算中没有考虑自由液面的影响.从最后计算得到的桨盘面伴流分布结果来看,数值计算较好地反映了桨盘面流场的特征.     

轴支架双桨船附体阻力尺度效应数值分析

针对轴支架双桨船型,使用CFD软件NUMECA\FineMarine计算了不同尺度下的侧推孔、轴包套、轴支架的阻力增量,并分析了带轴支架船体的附体阻力、波形和伴流的尺度效应.结果表明:基于CFD的方法,通过改变模型长度研究轴支架双桨船附体的尺度效应是可行的;由于附体区域的局部雷诺数远小于船体雷诺数,当船体雷诺数>108之后,3个附体的阻力增量才基本稳定;为了减小尺度效应影响,轴支架双桨船模型试验的雷诺数应尽可能大些.     

某大型测量船声学设备安装附体优化设计

针对某大型测量船的实际作业需求,提出GONDOLA式的声学设备安装方式,采用CFD数值仿真分析方法对GONDOLA附体型式进行优化设计,计算分析和桨模试验表明,GONDOLA附体优化后不仅能使得船舶具有良好的防气泡性能,降低船舶阻力,还可大幅改善尾部螺旋桨区域伴流场,提高螺旋桨空化临界速度。     

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。     

雷诺数对潜艇粘压阻力和尾部伴流场影响的数值计算研究

采用数值计算方法对SUBOFF潜艇的主艇体模型和全附体模型在不同雷诺数条件下进行三维粘性流场数值模拟。将低雷诺数条件下的计算结果与试验结果进行比较,验证计算方法的可靠性;利用数值计算技术分析潜艇工程设计和试验中出现的问题,包括潜艇实艇阻力预报方法研究和雷诺数对潜艇尾部伴流场的影响研究。     

全附体潜艇三维粘性流场数值计算方法研究

采用不同的湍流模型和网格形式对SUBOFF全附体模型进行三维粘性流场数值模拟,将计算所得的艉部伴流场同有关文献的试验结果进行比较,并以伴流分数对周向角的曲线形式展现出来,分析了湍流模型、艇体周向网格节点间距和y+值对全附体潜艇三维粘性流场数值计算结果的影响.     

GONDOLA型多波束附体对船舶阻力性能的影响

文章采用数值模拟的方法对船舶光体、光体+多波束附体分别进行了模拟计算。收敛后提取典型航速下的自由面兴波图及表面流线图、不同航速下的模型阻力值等,然后对模型阻力进行汇总及实船换算,得出船舶阻力数据表,绘制船舶阻力曲线图。本研究成果很好地说明了数值模拟方法在流场信息表达及船舶阻力预报方面的优势,多波束附体对船舶阻力性能的影响,为船舶快速性设计及多波束附体线型优化提供了依据。     

基于CFD的双艉客船阻力特性分析北大核心CSCD

[目的]随着绿色船舶规范的实施及推进,船舶能效指数,特别是船舶航速功率指标越来越受到业界的关注。为了精确获得双艉船型的航速功率指标及船舶流场信息,[方法]基于计算流体动力学(CFD)理论,提出一种双艉船型航行阻力预报及流场捕捉的工程方法。采用粘性流计算软件FINE/MARINE,对某双艉客船的航行阻力进行计算,探讨船舶第1层网格节点高度、船舶航速以及附体对计算结果的影响,并将不同航速下的阻力预报及其结果与试验数据进行对比。[结果]结果显示,预报误差基本在3%以内。[结论]研究表明,所提方法计算效率高且易于实现,预报精度能满足工程需要,具有较强的工程实用性。     

小水线面双体船粘性流数值模拟

利用商业软件FLUENT对一小水线面双体船(SWATH)的粘性绕流进行数值模拟,得到了不同航速下的三维粘性流场和粘性阻力,通过对计算结果的分析、比较,验证了FLUENT用于预报小水线面双体船粘性阻力和伴流分布的有效性和实用性。     

双桨船Lucy Ashton轴系附体阻力的尺度效应

本文对Lucy Ashton带附体美人架和轴包架的几何相似船模试验结果重加分析。分别将带附体的和相应裸体的船模阻力试验结果绘成以C_r为纵坐标对C_F为横坐标的Froude数等值线。假定: C_r=(1 k)C_F C_W可发现全部Froude数等值线都是直线。可见三因次外插法可推广应用于带轴系附体的船模。 带轴系附体船模与相应裸体船模的1 k之差,乘以足足C_F后,可认为是轴系附体的粘性阻力系数。带轴系附体船模与相应裸体船模的C_w之差可认为是轴系附体的兴波阻力系数。以上粘性阻力系数和兴波阻力系数之和可认为是足尺轴系附体的总阻力系数。 由此三因次外插法计得的足尺轴系附体总阻力系数与由实船试验测得者间的最大误差可发现小于10％。假定船的附体阻力为裸船体阻力的10％,则最大误差小于裸船体阻力的1％。可见应用三因次外插法预估轴系附体阻力可给出十分满意的结果。     

前缘引流对船舶阻力及伴流分布的影响

针对一双艉无球艏的中速船,采用SIMPLEIC算法和SSTk-ω湍流模型对原型和开孔引流模型进行数值模拟计算,探讨不同开孔形状、开孔尺寸和出流位置对船舶艉部流场特性和阻力的影响规律。计算结果表明：开孔引流在本船上未能实现有效减阻,但不同开孔参数下阻力变化规律明显;引流对船舶艉部流场分布影响显著,改善了艉轴处伴流场分布,对提高螺旋桨推进效率有益。     

Design practice for the stern hull form of a twin-skeg ship

Hydrodynamic standards have been derived for the improvement of propulsive performance of twin-skeg hull forms. Three important physical observations were used in the optimization of design practice for the stern hull form of twin-skeg ships: limiting streamline pattern on the inner and outer skeg surface of a stern skeg, the balance between the flow intensity over the inner and outer skeg surface of a stern skeg and nominal wake distribution in the propeller plane. Numerical calculations and model tests have been compared to validate a CFD code used in the current work. Based on the stern flow analysis for the evaluation of self-propulsion performance, effects of stern skeg arrangement on the propulsion efficiency, i.e. the distance between skegs and the angle of the skeg with respect to shaft centerline, were intensively investigated. An optimized hull form design for a twin-skeg ship was developed using the design practice derived in this work.     

舰船气泡尾流数值模拟(英文)

Based on a volume of fluid two-phase model imbedded in the general computational fluid dynamics code FLUENT6.3.26, the viscous flow with free surface around a model-scaled KRISO container ship (KCS) was first numerically simulated. Then with a rigid-lid-free-surface method, the underwater flow field was computed based on the mixture multiphase model to simulate the bubbly wake around the KCS hull. The realizable k-ε two-equation turbulence model and Reynolds stress model were used to analyze the effects of turbulence model on the ship bubbly wake. The air entrainment model, which is relative to the normal velocity gradient of the free surface, and the solving method were verified by the qualitatively reasonable computed results.     

大型半潜船球首设计及阻力性能对比分析

在船速较低的肥大型船舶上,安装球鼻艏会在很大程度上降低船舶受到的阻力,球艏对艏部型线有缓和的作用,使船舶艏部水流发生改变,减少艏底漩涡,从而降低形状阻力,进而改善船舶的水动力性能。根据设计的10万吨级半潜船船型的船模静水阻力试验情况,该船舶船首由直立型改为球鼻艏型式,通过对原型和改进后的船型的阻力试验结果进行对比,检验了新船型的减阻性能,同时对船尾伴流场进行了研究,发现船首形状改变对尾部半流场影响不大     

PARNASSOS与肥大型船的尾部水动力优化

以某肥大型船为研究对象，系列变化其尾部线型，然后利用荷兰MARIN水池开发的粘流计算软件PARNASSOS计算尾部流场，分析粘性阻力和伴流场随线型的变化规律，总结了肥大型船尾部优化时要注意的问题。     

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。     

三维竖轴潮流水轮机水动力性能研究

竖轴水轮机作为潮流能转换为电能的核心装置,其水动力性能的优劣将会直接影响到整体发电系统的效率。为了研究大型竖轴水轮机叶片安装角对水轮机水动力性能的影响,基于多参考系模型(MRF),采用Fluent软件对流场中的模型进行3D数值模拟。在转速和来流速度保持不变,改变安装角时,分析同种翼型5个不同安装角叶片对潮流能水轮机的水动力性能的影响。同时分析在同一安装角和旋转速度条件下,不同来流速度对水轮机水动力性能的影响。结果表明,叶片安装角对竖轴潮流水轮机的能量利用率影响较大,来流速度对水轮机叶片表面的静压力和输出功率具有一定的影响。研究结果对今后竖轴水轮机的设计和生产具有借鉴意义。