前三体船概念及其阻力和运动性能试验研究

采用模型试验方法研究了三体船侧体的纵向位置变化对三体船阻力性能和运动性能的影响。模型试验包括三体船在静水中的阻力试验和在规则波中的运动试验两部分。实验结果表明,三体船侧体的纵向位置对三体船阻力和运动性能的影响显著;在高航速段,将侧体的纵向位置选取在主体舯前位置,能明显改善三体船的阻力性能和运动性能。基于此,提出前三体船的概念。     

三体船侧体位置水动力布局试验研究

利用船模水池试验,考察了对应侧体不同纵横向位置时三体船的阻力性能,分析了随航速的变化,阻力性能较优的三体船方案对应的侧体布局方式,与国内外相关文献发表的三体船的这种侧体布局规律是一致的。     

半滑行前三体船型模型阻力对比试验研究

通过两艘不同线型、不同吃水的三体船模型较高试验航速静水阻力试验,分析三体船侧体布局对三体船阻力性能的影响,给出在不同航速范围阻力性能较优的侧体布局方案,验证侧体纵向位于主体舯前的三体船在高速段阻力性能更优这一结论。     

三体船粘压阻力预报方法

三体船快速性的研究是三体船新船型开发技术的支撑。通过模型试验与数值模拟相结合的方法,对不同航速下三体船的粘压阻力进行计算。试验研究采用将三体船侧体分别放置在船中、船前部和船后部3个不同的纵向位置以及距船中心线3个距离不同的横向位置,测量9个侧体位置下三体船在静水中的总阻力。运用第八届ITTC公式计算摩擦阻力系数,进而算出剩余阻力系数。通过数值模拟的方法,基于细长体理论对三体船兴波阻力系数进行计算,再根据三因次换算方法计算粘压阻力系数。得出不同构型下三体船在静水中的粘压阻力系数,并作出其随Fr数变化的曲线,观察在侧体位置不同的情况下,三体船的粘压阻力系数随航速变化的规律。根据所得粘压阻力系数曲线,提出初步预报三体船粘压阻力系数的一种简单方法。     

非线性兴波数值方法在高速三体船侧体布局方案比较中的应用

为使三体船侧体布局方案阻力性能比较更加可靠,对单体船非线性自由面边界条件的兴波阻力预报程序进行改进,成功开发了考虑升沉和纵倾影响的三体船非线性兴波阻力预报程序,对15种侧体布局方案的Wigley三体船兴波阻力进行计算,并将其与线性薄船理论计算结果、线性自由面条件的Dawson型方法计算结果、模型试验结果进行比较,表明非线性兴波阻力数值方法能够更好地反映三体船兴波阻力特性,用于三体船侧体布局优化设计时较其他2种数值方法更加可靠.     

侧体排水量比对三体船阻力性能的影响

为了探讨三体船侧体排水量比变化对三体船阻力性能的影响,基于RANSE方法,采用比较适用于三体船的Realizable k-ε湍流模型,利用VOF法捕捉自由液面,针对5种侧体排水量比方案,在不同傅汝德数下对三体船的粘性流场进行数值模拟计算,得到相应情况下的船体摩擦阻力及剩余阻力,分析比较剩余阻力曲线及自由面波形,结果表明,低航速下侧体排水量比的变化对三体船阻力性能影响不明显,中高航速下较小的侧体排水量比的三体船兴波阻力性能更佳;同时将计算结果与试验数据进行比较,验证了计算结果的可靠性。     

基于CFD的三体船侧体布局阻力研究

三体船构型复杂,主体与侧体间的兴波干扰影响因素较多,很难通过理论方法对其阻力性能进行准确预报。采用软件STAR-CCM+模拟三体船周围粘性流场,对一艘三体船模进行数值计算。计算中进行了侧体、主体以及三体船9种不同侧体布局详细模拟,求出了侧体与主体间的兴波干扰值,得到较佳的布局方案。通过计算结果与模型试验对比分析,验证了计算的可靠性。     

基于STAR-CCM+的小水线面三体船阻力数值仿真

[目的]小水线面三体船因具有良好的耐波性、快速性及稳定性而在民用和军用领域受到青睐,但不同的水下潜体形状及不同侧体位置在不同航速时的阻力变化规律还有待研究。由于开展船模试验所需时间较长、成本较高,难以将全部可能的方案都进行试验,因此利用STAR-CCM+平台对小水线面三体船周围的粘性流场进行数值模拟。[方法]考虑到自由表面效应的影响,首先验证采用STAR-CCM+平台进行阻力数值计算的可行性和可靠性;其次,研究系列傅汝德数下不同侧体位置时,潜体横剖面为圆形的小水线面三体船阻力的变化规律。[结果]结果表明,随着航速的增加,侧体布置于主体后部并向主体靠拢时,小水线面三体船的总阻力较小;在Fr=0.338~0.494范围内,小水线面三体船的总阻力较细长型三体船总阻力的降低最为显著。[结论]研究结果可为同类型船舶的设计提供一定的借鉴和参考作用。     

侧体位置对三体船阻力影响研究

基于三体船船模系列阻力试验结果,系统研究了侧体位置对三体船阻力的影响,分析了采用线性薄船兴波阻力理论预报三体船阻力及优化侧体位置可能存在的问题,并提出从主体兴波波形进行优化分析的新思路.结果表明,从主体兴波波形即可分析侧体位置对三体船阻力的影响,与试验结果基本一致.     

三体船兴波问题的数值计算

以基于NURBS(non-uniformra tionalB-splines,非均匀有理B样条)的广义高阶面元法讨论了三体船兴波波形与兴波阻力的数值计算问题。对两种不同船型的三体船进行了计算,计算结果与试验结果的比较表明了该方法的有效性。文中还讨论了高速方尾三体船侧体的横向偏距和纵向偏距对兴波阻力的影响。     

基于SPH流体仿真的船模阻力试验过程的虚拟展现

通过求解RANS方程计算船体周围粘性边界层,同时结合VOF方法处理自由表面,能够获得带自由表面的船体周围稳态粘性流场,但是难于比拟拖曳水池模型试验得到连续变化的流场,该文提出采用SPH流体仿真方法模拟船模阻力试验中自由表面及流场的生成与演化,并借助三维交互式图形显示技术实现试验过程的虚拟展现,最后以DTMB 5415船模试验加以例证。     

重叠网格在船舶CFD中的应用研究

文章采用RANS方法和重叠网格计算了带自由液面的船舶绕流问题。计算网格采用重叠网格的型式,自由液面的模拟采用单相Level-Set方法,Reynolds应力采用k-ω模型,采用体单元有限差分方法和PISO算法求解RANS方程。文中简要描述了重叠网格和单相Level Set自由液面模拟方法的数学模型及求解。通过对S60单体船型约束模和自由模型采用重叠网格的数值求解及与试验结果的比较表明该重叠可较好地模拟带自由液面船舶自由态绕流问题。另采用重叠网格对一简单的双体船和三体船进行了数值求解,计算结果也表明重叠网格和单相Level-Set方法可较好地模拟带自由液面的船舶绕流问题。     

带自由面肥大船粘性绕流场的数值模拟

采用直接求解RANS方程的方法对带自由面的肥大型船舶的流场和阻力进行了数值计算,湍流模型选用RNGk-ε两方程模式,自由面的处理采用VOF方法.数值计算结果与已公开试验数据的定量比较相当吻合.计算结果的分析表明:文中发展的CFD计算方法可以满足于带自由面肥大型船舶快速性工程预报的要求.     

数值水池及其在船舶与海洋工程中的应用

船舶物理模型试验周期长,费用昂贵,外界干扰因素难以控制,测量技术也有待发展,而计算机模拟的数值波浪水池具有费用低、无触点流场测量、无比例尺效应、能消除物模中由传感器尺寸及模型变形等因素对流场的影响,可获得较为详细的流场信息等优点。本文报道了作者在Fluent软件平台的基础上,经过二次开发,在所建立的数值水池中对船舶快速性、船舶与海洋结构物耐波性能等的研究进展。研究表明,数值水池可准确计算模型尺度下的高速船舶的阻力,可准确地模拟再现船舶与海洋结构物周围的自由面波形,计算预报波浪中实尺度船舶与海洋结构物的受力和运动,以及高海情下结构物所受到的冲击力等。     

中低速船底部断阶对流场和阻力的影响

为分析断阶对船舶流场及阻力性能的影响,针对一条中低速船舶在断阶位置、断阶高度不同,不计自由面影响且船舶无攻角条件下,采用有限体积法和SIMPLEC算法,耦合求解Navier-Stokes方程和连续性方程。采用SSTk-ω两方程模型,压力采用标准格式;动量方程、雷诺应力封闭方程均采用二阶迎风格式。计算结果与原型船模的对比性分析显示:与原型船模相比,断阶导致船模总粘性阻力均略有增加,断阶位置下游一定范围内的船体壁面切应力以及压力系数均有所增加;断阶高度为船舶吃水的0.037 5%与0.025%相比,断阶高度小阻力增幅小;与14站处断阶相比,位于13站处的断阶方案的船模总阻力系数较大。     

舵桨相互作用下现代船舶绕流数值研究（英文）

Reducing the fuel consumption of ships presents both economic and environmental gains. Although in the past decades,extensive studies were carried out on the flow around ship hull, it is still difficult to calculate the flow around the hull while considering propeller interaction. In this paper, the viscous flow around modern ship hulls is computed considering propeller action. In this analysis, the numerical investigation of flow around the ship is combined with propeller theory to simulate the hull-propeller interaction. Various longitudinal positions of the rudder are also analyzed to determine the effect of rudder position on propeller efficiency. First, a numerical study was performed around a bare hull using Shipflow computational fluid dynamics(CFD) code to determine free-surface wave elevation and resistance components.A zonal approach was applied to successively incorporate Bpotential flow solver^ in the region outside the boundary layer and wake, Bboundary layer solver^ in the thin boundary layer region near the ship hull, and BNavier-Stokes solver^in the wake region. Propeller open water characteristics were determined using an open-source MATLAB code Open Prop, which is based on the lifting line theory, for the moderately loaded propeller. The obtained open water test results were specified in the flow module of Shipflow for self-propulsion tests. The velocity field behind the ship was recalculated into an effective wake and given to the propeller code that calculates the propeller load. Once the load was known, it was transferred to the Reynolds-averaged Navier-Stokes(RANS) solver to simulate the propeller action. The interaction between the hull and propeller with different rudder positions was then predicted to improve the propulsive efficiency.     

离散格式和网格数量对过渡型艇粘性阻力的影响

采用对比性数值分析方法研究高速气泡船减阻效果,针对某优良过渡型艇,为喷气需要预先进行断阶,不计自由面影响,采用有限体积法和SIMPLE算法,湍流模型为k-ε两方程,耦合求解N-S方程和连续性方程,数值分析不同离散格式、不同网格数量对艇体在不喷气状态下遭受的特性阻力影响。计算结果显示：二阶迎风格式比一阶迎风格式数值结果与试验结果符合较好;网格数量达到95万,计算结果与试验结果符合较好。     

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。     

CFD在潜艇外形方案比较中的应用

以水滴型潜艇为母型进行改造,提出了新型椭圆截面和碟形截面的潜艇外形设计.水滴型潜艇的型值选用"大青花鱼"号的简化型值,在船长与排水量不变的条件下通过改变截面形状给出了后两种新艇型的型值,建立了计算模型.采用有限体积法求解不可压缩的雷诺平均(RANS)方程数值模拟了三种艇体周围的粘性流场,通过对三者的粘性绕流和阻力性能的比较,给出了三种方案各自的优缺点.     

Experimental ivnestigation on flow fields of viscous fluid around two-dimensional wings and comparison with computational results

To examine the flow field of a viscous fluid around the trailing edge of a wing with respect to the Kutta condition or the Joukowski hypothesis, an experimental investigation into the velocity fields around two-dimensional (2D) wings NACA0012 and NACA4412 was carried out using an X-type hot-wire anemometer in a wind tunnel and the method of colored milk injection in a circulating water channel. The results of these investigations revealed that the flow of a viscous fluid at the trailing edge of a 2D wing is tangential to the face on the pressure side, and that the flow is very slow or reversed on the suction side due to separation when the angle of attack is greater than 7.5°. By flow visualization, a Kármán vortex street was found in the wake of both wings (NACA0012 and NACA4412) when the angle of attack was 5°. These results show that the ordinary Kutta condition with respect to the direction of outflow at the trailing edge is not necessarily satisfied in a viscous fluid, but the Kutta condition with respect to the pressure at the trailing edge is satisfied as usual. Numerical results, which have been obtained as the solution of Reynolds-averaged Navier-Stokes equations, show good agreement with above-mentioned experimental results. Therefore, CFD (Computational Fluid Dynamics) simulation has proved to be very effective for studying steady viscous flow around the trailing edge of a 2D wing.