基于重叠网格的某新型舟桥数值模拟

采用RANS方法和重叠网格计算了带自由液面的全航速范围内桥脚分置式门桥绕流问题.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PISO算法求解RANS方程,获得门桥阻力、波型等参数.简要描述了重叠网格及单相Level Set自由液面模拟方法.通过对桥脚分置式门桥在全航速范围下数值求解与试验结果比较,结果表明本方法可有效模拟全航速下的门桥绕流问题.     

船舶操纵运动CFD数值模拟研究进展

  目的  为了更加真实地预报船舶操纵性能,有必要进行实船操纵运动直接模拟。  方法  首先,基于重叠网格技术进行实船拖航、配套螺旋桨敞水和实船自航计算,并将计算结果与试验结果进行对比;然后,在此基础上开展实尺度船舶的10/10标准Z形操纵运动模拟,分析船舶操纵运动过程中的船舶运动、水动力、流场及涡结构变化。  结果  自航结果表明,所提数值方法可靠;受螺旋桨尺度效应的影响,扭矩系数会有所减小;在操舵过程中,船舶运动姿态较为剧烈;受到船−舵系统干扰,桨后涡结构较为复杂,且随着漂角的变化会产生一定角度的偏移。  结论  采用所提数值方法进行实船操纵运动模拟,可以准确获得船舶运动、水动力特性及流场信息,能作为一种有效的前期评估手段,从而为船舶设计提供参考。     

基于重叠网格的重水潜器粘流数值模拟

文章结合一种密度大于水的新型潜器—重水潜器（Heavier-than-water AUV,简称 HTW）,采用 RANS 方法和重叠网格计算了该潜器的水动力性能和绕流流场。文中计算了不同攻角和漂角情况下重水潜器的阻力、升力及俯仰力矩,对其周围流场水动力学性能进行了分析,并通过流场的流动结构研究了受力随姿态变化的规律。文中将采用重叠网格方法的计算结果与 FLUENT 计算值以及风洞试验结果进行了比较,表明重叠网格方法可较好地模拟重水潜器的自由态绕流问题。该研究为该潜器的总体设计与运动控制提供了有价值的参考。     

基于重叠网格方法的楔形体入水抨击数值模拟

流体和浮体相互作用是海岸及海洋工程急需研究的热点问题之一。文章基于OpenFOAM建立二维数值水槽,利用VOF(Volume of Fluid)方法来捕捉自由表面,通过使用重叠网格方法来描述流固耦合作用。利用建立的数值模型模拟了楔形物块的垂向和斜向入水抨击过程,对比了不同状况下的抨击压强分布,分析了水平速度对抨击压强分布的影响。模拟结果与理论解吻合较好,表明了该模型能够合理地模拟物块与水的相互作用问题。     

应用重叠网格方法的单点系泊FPSO数值模拟

浮式生产储油装置系统在深海油气的开发与存储中有着重要应用.其中,FPSO的风标效应以及多浮体旁靠成为值得研究的内容.为了更好地研究FPSO的风标效应及旁靠问题,文中将锚链系统写入了重叠网格模块中.利用基于开源平台Open FOAM开发的具有重叠网格模块的船舶与海洋工程水动力CFD求解器——naoe-FOAM-SJTU,对带有锚链的单点系泊FPSO的运动响应进行模拟和分析,以验证锚链系统在重叠网格模块中的可靠性.文中对只放开一个自由度的带锚链的FPSO进行垂荡衰减运动模拟,并与模型试验进行对比,以验证数值模拟的可行性和可靠性.计算分析的结果验证了利用CFD技术和重叠网格方法对带有锚链的FPSO运动的有效性,同时分析了锚链受力情况.     

基于重叠网格的导管桨非定常水动力性能数值模拟

为了研究特种推进器导管桨在非定常下的水动力性能,本文提出一种基于重叠网格的方法,实现了导管桨旋转过程中的非定常水动力性能仿真高精度模拟。本文通过求解RANS方程,采用湍流模型Realizableκ-ε,借助新款计算流体软件STARCCM+,应用重叠网格技术和MRF模型分别计算了导管桨在非定常与定常时的水动力性能,分析了压力流场细节,并与已有试验值进行对比,验证了采用重叠网格技术和STAR CCM+流体软件应用于导管桨非定常和定常水动力性能计算的可靠性。研究结果表明,应用重叠网格技术获得的非定常水动力性能的计算精度更高,尤其是在螺旋桨的推力和扭矩方面。     

基于重叠网格的导管桨非定常水动力性能数值模拟

为了研究特种推进器导管桨在非定常下的水动力性能,本文提出一种基于重叠网格的方法,实现了导管桨旋转过程中的非定常水动力性能仿真高精度模拟。本文通过求解RANS方程,采用湍流模型Realizableκ-ε,借助新款计算流体软件STAR CCM+,应用重叠网格技术和MRF模型分别计算了导管桨在非定常与定常时的水动力性能,分析了压力流场细节,并与已有试验值进行对比,验证了采用重叠网格技术和STAR CCM+流体软件应用于导管桨非定常和定常水动力性能计算的可靠性。研究结果表明,应用重叠网格技术获得的非定常水动力性能的计算精度更高,尤其是在螺旋桨的推力和扭矩方面。     

CFD数值模拟船舶在波浪中的回转操纵运动

[目的]船舶回转操纵运动能够反映出船舶的回转特性,与船舶的航行安全密切相关。[方法]为此,采用基于重叠网格技术的CFD求解器naoe-FOAM-SJTU,对标准船模ONRT在波浪中自由回转操纵运动进行直接数值模拟。运用动态重叠网格技术求解船、桨、舵系统复杂运动,计算中,螺旋桨转速对应于静水中的船模自航点进行35°转舵,实现自由回转船舶操纵运动。通过全粘性流场的整体求解,给出波浪中自由回转操纵运动中船舶六自由度运动、螺旋桨和舵的水动力载荷变化,以及波浪中船舶的回转圈特征参数,并与同试验结果进行对比。通过数值计算得到精细的流场信息,分析波浪对船舶自由回转操纵运动的影响。[结果]数值预报得到的船舶运动轨迹、回转圈参数与试验值吻合较好,证明naoe-FOAM-SJTU求解器对于波浪中船—桨—舵相互作用下的船舶自由回转操纵运动数值预报的适用性和可靠性。[结论]船舶回转操纵运动的数值模拟,可为回转性能的评估提供有效的前期评估手段。     

CFD数值模拟船舶在波浪中的回转操纵运动

船海工程领域中的高速水动力问题及其涉及的复杂流−固耦合过程普遍具有大变形、动边界、强对流、多介质等特征,一直是研究的热点和难点。而传统的网格算法在捕捉边界或界面大变形时存在一定局限性,亟待开发新一代无网格数值模拟技术。其中,光滑粒子流体动力学（SPH）作为拉格朗日无网格粒子方法,在捕捉多相界面和流−固耦合界面时具有较高的精度和强鲁棒性。近年来,随着SPH理论及方法的不断完善,SPH在理论完备性及计算稳定性方面取得了许多新的进步和突破,在模拟高速水动力方面的优势不断凸显,开始广泛应用于船海工程问题。为此,围绕水面航行器的高速水动力、航行体的跨介质水动力、水下爆炸与结构毁伤等问题,针对SPH理论及方法在上述领域取得的研究进展进行综述,讨论现有方法面临的问题与挑战,并展望未来需要开展的研究工作,旨在为后续相关研究提供参考。     

基于重叠网格技术的主动式水翼数值模拟研究（英文）

In marine engineering, appendages such as fin stabilizers and/or T-foils are made to rotate and to reduce the motion of ships.Research on the hydrodynamics of ships fitted with active appendages has significantly improved the design and control of such ships. However, most studies focus on fixed rather than rotating appendages, thereby ignoring the hydrodynamic unsteadiness of active appendages. To enhance the reliability and precision of the numerical simulations, we propose the use of overlapping grids for simulating advanced catamarans fitted with a pair of rotating T-foils under each bow. The fundamental purpose of the overlapping grid technique is to realize information exchange via regional overlap sharing in each subdomain of the computing domain, instead of using the method of boundary sharing, thus greatly alleviating the difficulty of generating the subdomain grid;moreover, the technique guarantees the quality of the subdomain grid. Within the main computational domain, a subdomain was allocated to accommodate the T-foil. Overlapping meshes near the interface between the two domains enable information flow during the simulation; the overlapping grids are updated at every iteration step because the subdomain rotates. The instantaneous trim and sinkage responses of the catamaran to the T-foil rotation were reproduced. From the moment the active T-foil stopped moving, there was no change in the ship's sailing attitude, indicating that the response was in real time. By comparing with EFD data, the numerical results showed reasonable agreement, indicating the feasibility and effectiveness of the technique in simulating the hydrodynamics of ships fitted with active appendages.     

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。     

静水中自由船模拖曳CFD模拟方法研究

基于BANS方程结合VOF处理自由面,建立了自由船模拖曳的数值模拟方法,并用于数条水面船模阻力的数值计算.数值模拟结果与模型试验的比较表明:在全Fr范围内,阻力数值计算结果与模型试验相差2%～3%之内,较拘束模计算准确度大为提高;兴波计算结果同样有明显改善;船模姿态的计算结果与模型试验也比较接近.建议在进行中高速水面船自由面绕流问题的数值计算时,使用自由模方法模拟.     

基于CFD的船舶货舱通风数值模拟

以某集装箱船的货舱通风系统为研究对象,根据船舶舱室的通风系统的特点,采用合理的数值模拟方法,并利用拉格朗日粒子示踪的方法描述舱室中的气体流动状况。在此基础上,分析比较3种不同的通风设计方案,通过对比分析研究送风管上开孔朝向和数目对通风效果的影响,确定对通风最有利的方案。模拟结果表明,应用CFD技术进行通风系统分析,可以很好地从流场的分布特性以及空气粒子的运动追踪等方面来评估设计方案的优劣,为通风系统的设计、优化提供有力的工具。     

基于CFD的船舶总阻力数值模拟

为了实现利用CFD准确预报船舶阻力,选取2种船舶线型,对静水下不同航速时的阻力进行模拟,考虑船舶的对称性,使用半船进行建模,为减少网格数量并尽量保证精度,采用局部加密进行网格处理,采用VOF法对自由液面进行模拟,与船模试验数据对比表明,本方法具有较高的数值精度。     

基于CFD的船舶货舱通风数值模拟

以某集装箱船的货舱通风系统为研究对象,根据船舶舱室的通风系统的特点,采用合理的数值模拟方法,并利用拉格朗日粒子示踪的方法描述舱室中的气体流动状况.在此基础上,分析比较3种不同的通风设计方案,通过对比分析研究送风管上开孔朝向和数目对通风效果的影响,确定对通风最有利的方案.模拟结果表明,应用CFD技术进行通风系统分析,可以很好地从流场的分布特性以及空气粒子的运动追踪等方面来评估设计方案的优劣,为通风系统的设计、优化提供有力的工具.     

船模自航试验数值模拟研究

基于SHIPFLOW软件,对螺旋桨敞水试验、船舶阻力试验和自航试验进行数值模拟,并依据试验结果验证。发现数值模拟能够较好地预报螺旋桨的推力系数、扭矩系数、船模的阻力系数和自航因子及推进效率,为船舶的线型设计和螺旋桨设计提供有效的数值参考。     

基于重叠网格的水陆两栖飞机静水滑行模拟

为探讨STAR-CCM+仿真软件处理水面飞行器在静水面滑行问题的可行性,采用重叠网格和欧拉VOF方法追踪气液二相交界面的动力学特性,获得相应的水动力性能,并将仿真计算结果与模型静水面滑行试验结果进行对比。结果表明,仿真结果与试验值吻合度较高,计算所捕捉到流场信息与实际试验现象呈现出了良好的一致性。从定性和定量的角度验证计算结果的可靠性,说明使用STAR-CCM+软件基于重叠网格方法进行水面飞行器静水面滑行仿真是可行的。     

基于重叠网格的豪华邮轮多工况耐波性数值分析

[目的]在豪华邮轮的设计阶段,为了节约成本,需采用流体动力学(CFD)方法对设计中的邮轮进行耐波性能预报.[方法]以一艘大型豪华邮轮为研究对象,使用自主开发的船舶水动力学CFD求解器naoe-FOAM-SJTU对模型尺度下的豪华邮轮进行耐波性数值模拟.耐波性的模拟在造波方式上采用速度入口输入式造波,对不同波高和不同浪向...