超大型集装箱船全浪向波浪增阻预报技术研究

随着IMO最小推进功率规范的实施和ISO-15016实船测试航速修正方法的修订改版,波浪增阻研究引起广泛关注,成为当前船舶耐波性领域研究的热点和难点。虽然国际上针对迎浪情况的船舶波浪增阻已开展过较为广泛的研究,但对于斜浪和随浪等全浪向中的波浪增阻预报尚未取得突破性进展。该文首先阐述全浪向中的波浪增阻数值计算与模型试验方法,然后针对2万箱超大型集装箱船开展全浪向中的波浪增阻数值计算与模型试验研究。通过与商业软件和荷兰MARIN水池试验结果的比较,证明数值预报方法有效且计算结果优于商业软件、模型试验方法可行。研究成果可用于船舶在全浪向中的波浪增阻预报,进而可用于实船测试航速修正和最小推进功率规范校核等,具有较好的工程应用价值。     

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。     

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.     

最小推进功率第二层评估方法分析

将国际海事组织海上环境保护委员会第76次会议批准通过的《船舶在恶劣海况下维持最小推进功率导则修正案》(MEPC76导则)与2013年的临时导则相对比,重点对导则中最小推进功率第二层评估方法的差异进行分析。实船验算和对比结果表明:在MEPC76导则提供的3种波浪增阻计算方法中,经验公式的计算结果与试验结果较为接近,但在局部谱峰周期范围内,计算的波浪增阻值小于试验值,2种波谱分析方法的计算结果偏大,在工程实践中可采用经验公式计算;MEPC76导则对推力减额系数和伴流分数进行调整,更符合实际,虽然其海况条件更恶劣,总阻力计算结果较大,但其螺旋桨推力计算结果与2013年的临时导则相当。     

85000t油轮在波浪中的阻力增加和失速预报

对85 000 t油轮在波浪中阻力增加和失速预报分别运用三种方法进行研究比较.结果表明,该油轮在波浪中的快速性能较好.所提出的三种方法均能有效用于船舶波浪增阻和失速预报的计算,其中方法二具有快速、简便和准确的特点.在研究新船能效设计指数EEDI及波浪失速修正系数fw的计算过程中,该方法既快速又实用.     

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。     

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。     

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。     

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.     

数值波浪水池与排水型高速船波浪增阻计算方法研究

基于CFD技术对三维数值波浪水池以及排水型高速船波浪增阻进行计算研究。采用在水池入口处模拟波浪速度的方法造波。水池尾部采用人工阻尼结合稀疏网格消波,自由面采用VOF方法处理,采用动网格技术结合运动控制程序模拟船舶的纵摇与升沉运动。对规则波中迎浪前进的Wigley III船模和Model 5b船模纵摇与升沉运动以及波浪增阻进行计算并与试验值进行比较、分析,为排水型高速船波浪增阻的计算提供参考。     

基于雷诺平均Navier-Stokes方程计算的惯性效应与波幅对船舶波浪增阻影响分析

在水池试验中测得的波浪增阻包含纯水动力(即因船体周围水流变化而作用于船体的水动力)和由波浪诱导的船舶运动产生的平均惯性力.论文基于OpenFOAM,采用雷诺平均方程预报油轮KVLCC2在规则波中迎浪直航时的运动和波浪增阻.通过计算证实了波浪诱导的船舶运动产生的平均惯性力不为零,尤其是在长波条件下,它对波浪增阻的贡献不可...     

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。     

海上长球首球尾双体风电维护船波浪增阻研究

为研究不同球首球尾长度双体风电维护船在波浪中的阻力性能,基于CFD技术,探究适用于双体船运动响应和波浪增阻的数值计算方法.通过与试验结果的对比分析,在计算域设定和网格尺寸方面提出适用于双体船的计算方案.利用此方法计算不同球首球尾长度双体风电维护船的升沉与纵摇以及波浪增阻,为球首球尾双体船以及风电维护船的船型设计与优化提供参考.     

波浪增阻计算方法在船型综合优化设计中的应用

[目的]为了获得兼顾静水和波浪阻力性能的优良船型,以某散货船为研究对象,开展船型综合优化设计。[方法]基于成熟的商用软件STAR-CCM+进行目标船静水阻力性能评估。采用ISO 15016推荐的简化方法和经验方法,以及自主编程开发的二维切片理论方法进行波浪增阻计算。对比分析不同波浪增阻方法计算结果与模型试验结果的差异。[结果]结果表明:二维切片理论方法计算精度较高,且能反映船型对波浪增阻的影响;目标船改型的静水阻力性能与原型相当,改型的波浪增阻和原型相比降低了20%以上,波浪中阻力性能得到显著提升。[结论]通过探讨不同波浪增阻计算方法的工程适用性,为船型综合优化设计提供了有效工具。     

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。     

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。     

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。     

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RANS/LES混合方法的近岸水域波浪增阻影响的数值模拟

分析船舶在近岸水域航行时所受波浪增阻大小的影响因素，以寻求降低波浪增阻的方法。基于近岸水域中船舶阻力理论，采用雷诺平均（RANS）和大涡模拟（LES）相结合的方法进行数值求解，并运用两相流方法和造波消波技术建立数值水池模型。用Fluent求解器对船舶在不同工况下的波浪增阻进行数值模拟。试验结果表明：用该方法对近岸水域航行的船舶进行波浪增阻的数值模拟可有效提高计算机运算效率，在粗糙网格层面上得到的计算结果精度良好；船舶在近岸水域中航行时的波浪增阻随波高的增加而增加，并且与船体湿润面积呈正相关；船舶在近岸水域以中低速航行时所受波浪增阻随弗劳德数的增加而增加。该研究为近岸水域通航船舶减小航行阻力提供了可行的方法与思路。     

水线面大开口型工程船的阻力试验和节能措施

文章通过船模试验研究了水线面大开口型工程船的静水阻力和波浪阻力特性。结果显示,水线面大开口型工程船的艏艉开槽大大增加了船体的静水阻力,但对船体波浪增阻的影响却并不明显。同时,用模型试验和实船试验共同验证了此类船舶航行时双舵内偏一个角度能明显提高航速,是一项有效的节能措施。