基于CFD技术的散货船线型优化研究

随着CFD技术的逐渐成熟,该技术已被应用于线型母型的选取和线型优化等设计流程中。依托"计算流体力学的实用化研究"项目,以17.5万dwt散货船为研究对象,应用CFD软件和优化软件来改进该船的阻力性能及伴流场。选取船体艏部三个特征参数和艉部两个特征参数作为优化变量并针对每个改型进行数值模拟,并将该船原型及艏、艉部分别优化所得线型进行模型试验,试验结果与数值研究方法的结论一致。     

重庆—上海江海直达船船型优化

为提升重庆—上海过闸型江海直达船的航行性能和经济性,以满足通过三峡船闸船舶吃水要求的江海直达船型为研究对象,以排水体积和浮心纵向位置为约束条件,采用理论设计与数值计算相结合的方法优化船型。采用Rhinoceros软件进行船体建模,采用CAESES（FRIENDSHIP-Framework）软件进行半参数化模型优化,采用计算流体动力学（Computational Fluid Dynamics, CFD）技术进行阻力预报。通过2轮优化对比,优化船型在10 kn、13 kn和16 kn航速下的总阻力相比原始船型分别减小10.76%、8.18%和1.86%。研究表明：垂直艏+下凸艉组合的减阻效果要优于尖直艏+平直艉组合,且航速越低,减阻效果越明显;采用多航速验证方法能有效避免固定航速船型优化的局限性。研究结果可供江海直达船的船型设计和建造参考。 关键词：型线优化;总阻力;多航速;江海直达船;SBD技术     

双艉鳍船型的参数化建模及线型优化

将参数化建模技术与CFD仿真技术相结合,并进行阻力性能优化是目前最常用的船型优化方法.该文以某双艉鳍集装箱船为研究对象,为提高航行性能,对其双艉鳍进行设计优化.采用全参数化建模方法对双艉鳍进行参数化设计,同时,通过CFD仿真技术、结合NSGA-Ⅱ优化算法并以阻力及伴流均匀度为优化目标,完成双艉鳍船型的优化设计.优化后的船型在阻力降低的基础上,伴流均匀度也获得明显改善.     

近海风电设备安装船型线设计和优化研究

采用计算流体力学(CFD)方法对某近海风电设备安装船进行型线设计和优化,在满足排水量和布置要求的条件下,比较分析多个型线设计方案,通过参数化建模,生成一系列船舶型线,以兴波阻力最小为目标,选取船体艏部3个特征参数应用遗传算法等优化手段实现船舶型线的优化,应用RANS粘性流方法进行船型阻力预报,结果显示该方法能够有效地应用于船舶型线设计和优化.     

基于计算流体动力学的最小阻力船型自动优化

基于计算流体动力学(CFD)理论,利用iSIGHT 优化设计平台构建一种船型自动优化方法。该方法集成船型变换及自动生成技术、CFD 技术及优化算法。优化过程中,编制船型参数化融合模块实现船型变换与SHIPFLOW软件输入数据间的自动连接;采用遗传算法与二次序列规划法相结合的组合优化方法实现从全局探索再到局部空间寻优的整个流程。以某双艉集装箱船为例,优化后船体兴波阻力明显下降,总阻力也得到显著的改善,获得了设计航速下总阻力最小的船艏与船艉线型组合,表明了该方法的可行性与有效性。研究显示,所提出的方法可以获得阻力性能优良的船体型线供设计者参考,具有较强的工程适用性,在基于CFD的船型自动优化方面具有广阔的应用前景。

     

基于NURBS的球艏构型参数优化与分析北大核心CSCD

[目的]设计优良的球艏构型能够改变船舶在水中航行时的船艏兴波,对阻力产生影响来改善整个船体的阻力性能,为此需对球艏构型参数进行优化。[方法]基于球艏参数化表达和NURBS理论,对母型球艏构型进行数据点网格生成和定义点反算,根据参数优化需要,利用优化算法对定义点进行优化调整后,给出优化船型球艏,并利用CFD软件进行仿真计算,与母型构型进行阻力和波形对比,将以球艏重心为代表的球艏参数阻力特征直接体现到构型优化结果中。[结果]结果表明,借助于NURBS曲线可有效将球艏参数优化特征体现出来,方法形象直观,可显著提高球艏构型表示和优化的效率。[结论]该方法简化了整个优化过程,并取得预期的减阻效果。     

基于NURBS的球艏构型参数优化与分析

[目的]设计优良的球艏构型能够改变船舶在水中航行时的船艏兴波,对阻力产生影响来改善整个船体的阻力性能,为此需对球艏构型参数进行优化。[方法]基于球艏参数化表达和NURBS理论,对母型球艏构型进行数据点网格生成和定义点反算,根据参数优化需要,利用优化算法对定义点进行优化调整后,给出优化船型球艏,并利用CFD软件进行仿真计算,与母型构型进行阻力和波形对比,将以球艏重心为代表的球艏参数阻力特征直接体现到构型优化结果中。[结果]结果表明,借助于NURBS曲线可有效将球艏参数优化特征体现出来,方法形象直观,可显著提高球艏构型表示和优化的效率。[结论]该方法简化了整个优化过程,并取得预期的减阻效果。     

基于波浪增阻的长球艏球艉双体风电维护船研究

根据中国海上风电场维护船的使用要求和航行的环境特点,选取快速性和耐波性良好的长球艏球艉双体船作为风电维护船船型。利用基于CFD的数值仿真方法模拟长球艏球艉双体风电维护船在波浪中的纵摇和升沉运动,计算其波浪增阻。研究球艏球艉长度和片体干扰对长球艏球艉双体船在波浪中阻力性能的影响,为球艏球艉双体船以及风电维护船的船型设计与优化提供参考。     

基于数值模拟方法的深潜水作业支持船快速性综合优化

针对一型具有水下多种工程作业功能的3 000 m深潜水作业支持船这一大型复杂船型,基于数值模拟方法进行快速性综合优化研究。数值模拟船体艏部形状、艉封板高度及小尾鳍角度等变化,分析艏艉部线型的改变对船体阻力及伴流的影响。根据分析计算结果综合优化船体线型,预估船舶航速,并在水池对最终优化后的船型进行模型试验。结果表明:试验结果与数值预估结果吻合,验证了数值计算的准确性以及大型复杂工程船型线综合优化设计思路的正确性。     

大型自航绞吸挖泥船的耐波性预报

选取三维势流理论,使用SESAM软件计算大型自航绞吸挖泥船在规则波中六个自由度的运动响应,并根据线性系统的响应规律对甲板上浪和螺旋桨出水做了短期预报,在计算中考虑了短峰波和方向谱.为考察艏艉开槽对船舶耐波性能的影响,计算时选取了艏艉封口的船型作对比计算,计算结果表明艏艉开槽降低了船舶的耐波性能.     

船体外板板材规范设计

在超大型集装箱船船体结构详细设计中,改变以往主要参照母型船板材尺寸开展设计的做法,引入规范软件核算全船外板板材的规格。根据船体结构的线型特点统筹规划外板板材,重点分析常规船体外板板材的布置形式和艏艉波浪砰击作用下的船体外板板材布置形式,并对相关参数进行计算,以期在保证船体结构强度满足要求的同时提升板材的利用率。船体艉部砰击外板板材和艏部砰击外板板材计算结果表明,尽管计算结果会受到多种因素的影响,但最主要的因素是肋骨间距。该船体外板板材规格核算方法有效,后续可延伸到其他类型船舶中,供其船体板材规范计算参考。     

基于母型船的船体线型优化设计研究

为满足MARPOL公约新要求,某科考船的后续船型燃油舱需采用双舷侧外板保护,船体宽度较母型船增加。为降低后续船船体宽度增加引起的阻力,利用CFD方法分析母型船船模及宽度增加后的流场、阻力特点,确定降低后续船的兴波阻力为重点优化方向。通过改变球鼻艏参数降低船体兴波阻力,根据多种改型模型的CFD计算结果,确定了较优的球鼻艏参数,有效降低了后续船的阻力。     

1200t自航自升式风电多功能安装平台“振江”号

正"振江"号是由中国船舶及海洋工程设计研究院(MARIC)为尚和(上海)海洋工程设备有限公司量身定制设计的高端海上风电安装平台。"振江"号是目前国内首型自主研发设计的自航自升式风电安装平台,采用流线型船体、直立艏柱、方尾船型,同时优化了桩靴与船体的装配设计,有效降低航行阻力;艉部设置双呆木,具备优良的航行稳定性。其采用全船电力推进方式,由5台1 650 kW中速柴油发电机组组成全船电站,艉部设置3个     

极地海域撬冰式破冰拖船关键技术应用研究

针对破冰船的破冰结构和船体艏艉线型形状对破冰效率的影响问题,基于船体艏艉型线和形状及撬冰式冰刀结构形式的研究和探索,提出了破冰船的破冰冰刀设计方法。同时,阐述了船体艏艉形状对破冰效果的影响,论证了两种方法用于常规动力破冰拖船的实际效果,得出了通过对船体艏艉型线和形状以及撬冰式冰刀结构形式的优化设计能够达到小吨位海工船破冰目的的结果,并取得了较好的实效。     

船体艏艉板水火加工主要变形影响参数及规律研究

加热线间距是艏艉板水火加工成形的一个重要变形影响参数。随着加热线间距减小,将引起相邻温度场之间的复杂耦合,导致对局部变形产生较大影响。运用ANSYS有限元分析软件,对船体艏艉外板水火加工过程进行了数值模拟,分析了加热线间距对局部收缩量的影响规律。并通过实验验证了计算结果的可靠性。     

基于CFD的散货船船体型线自动优化

针对船体型线自动优化的问题,在基于仿真的设计(SBD)思想下,提出了基于计算流体动力学(CFD)的船型自动优化方法。该方法主要由船体曲面自动变形模块、水动力计算模块及优化模块组成。其中船体曲面自动变形模块主要由径向基插值技术实现,水动力计算模块则集成CFD-SHIPFLOW软件实现,优化模块则采用PSO算法实现。现以隐形球鼻艏散货船的兴波阻力最小为优化目标,利用本团队开发的船型优化平台实现了其船艏型线的自动优化。优化结果表明:对于隐形球鼻艏散货船,在满足工程约束的条件下,基于CFD的船体曲面自动优化方法可以获得阻力降低的新船型。     

船体艏部水动力性能优化

提出一种以势流兴波阻力理论Rankine源方法为基础,结合SHIPFLOW 软件为计算工具．利用CAD—CFD集成平台FRIENDSHIP—FrameWork软件进行变形优化．研究船舶的最小兴波阻力型线优化设计的方法．并考察了兴波优化得到的船型总阻力变化情况 在型线优化过程中．以兴波阻力系数为目标函数．排水量变化范围为约束条件．在Wiglev船体前端增加一个利用Feature建模技术参数化生成的球艏并调整艏部型线使得船体表面光顺。选取球鼻艏形状的各项参数作为基本设计变量．利用DOE方法对船艏进行优化．获得了设计航速下兴波阻力较小的船型．验证了所提方法进行船艏型线优化的有效性 相应的考察变形及优化前后总阻力变化情况表明：在高傅汝德数情况下增加球艏所带来的粘性阻力的增加小于兴波阻力的减小量,总阻力得到了改善,优化后得到的球艏能在进一步减小兴波的同时减小总阻力。此外,还运用所提方法对3100TEU船型的船艏,利用Delta Shift方法进行变形,在设计航速下,将变形的参数作为设计变量,利用DOE方法进行优化设计。结果显示：在排水量限制范围内当球鼻艏向上向前伸展一定长度时可以降低兴波阻力 与此同时．由于优化前后船体湿表面积变化很小．粘性阻力的变化并不明显．兴波的减小则使得总阻力得到了改善     

基于Friendship的高速客船特征参数灵敏度分析

对某高速客船利用Friendship全参数化建模软件和SHIPFLOW流体计算软件,在进行多航速的船体艏部兴波阻力优化时,需要将特征参数作为设计变量.通过Sobol优化算法对特征参数的灵敏度进行分析,剔除不灵敏的特征参数,可有效地降低设计空间的维数,从而提高计算效率,节约时间和成本.研究结果具有一定的工程实用价值.     

500m^3泥石驳改装的轮机设计

一概述 该船于1988年建造并投入使用，为钢质单甲板、由两个半浮体构成的500m^3非自航对开式泥石驳。由于其非自航的局限性，已不适合营运需要，根据船东的要求，将其改装成机动自航船，我所承担了该船的改装设计任务。为了改善其适航性，船体方面对艏、艉部的线型作了修改，并加大船长，将原船从艉部向后加长2．49m，     

基于Grasshopper的参数化球鼻艏生成方法

针对在球鼻艏减阻优化设计循环中手动建模方法无法满足需要的问题,提出了利用软件Grasshopper开发一种新的参数化球鼻艏生成可自动变形的球鼻艏的方法。该方法首先定义了球鼻和主船体之间的过渡区域,通过过渡区域的自由变形,实现了球鼻与主船体的光顺连接。然后实现生成的球鼻艏可以根据输入参数的变化自动修改形状。最后将该方法应用在一艘集装箱船体上。结果表明:该方法可以高效地应用于商业船舶的参数化球鼻艏建模。