Aframax油船自航性能的数值和试验研究（英文）

在船舶能效指数(EEDI)实施的工程背景下,本文对一艘实际营运的阿芙拉(Aframax)油船自航性能的数值和试验方法开展了研究。首先,在SSPA拖曳水池进行了阿芙拉船模的螺旋桨敞水试验、阻力试验和自航试验。其次,基于计算流体力学(CFD)理论和Star-CCM+软件平台建立了油船自航的数值模拟方法,在此基础上对Aframax船模自航性能进行了数值模拟。采用RANS方程和SST k-ω湍流模型模拟流场粘性,将流体体积函数法(VOF)用于追踪瞬时自由液面,此外,应用滑移网格技术来处理螺旋桨旋转问题。最后,通过与试验结果进行的对比验证了数值方法的有效性,并且对Aframax油船艉部进行了型线优化。对比结果可以发现,优化线型船模的推进功率降低了2.98%。     

破损船操纵运动水动力及舱室流场的数值研究

目前,对破损船操纵水动力研究很少。为计算破损船操纵水动力及其破舱室粘性流场特征,本文基于RANS方程,选取SST k-ω湍流模式,对某新型油船破舱进水后的斜航操纵运动进行数值模拟。计算出破损船在不同斜航角时的总阻力、横向压力、转首力矩的系数,探究其操纵水动力变化情况。模拟破舱室内的流场情况,分析破舱室水的运动特点。最后将破损船数值结果与试验结果进行比较,研究表明计算模型可行,能较好地计算破损船操纵水动力及其流场情况。该研究成果可为今后破舱操纵性规范的制定和船舶优化设计提供理论参考。     

新型油船操纵运动数值模拟

新船艇在制造之前要进行操纵性预报,而数值模拟现成为预报中一种较可靠方法。为了研究一艘新型万吨油船的操纵性,采用分离性数学模型(MMG),结合船艇粘性水动力性能特点,构建船艇操纵运动模拟模型,运用4阶龙格-库塔(Runge-Kutta)数值方法求解该微分方程。基于该综合集成方法,对该新油船在满载条件下的定常回转试验、Z形试验等自航模操纵运动进行数值模拟,并将数值模拟结果同该船的自航模试验进行比较,模拟结果与试验数值较吻合。研究表明,利用文中的数值模拟法可以有效实现该新油船操纵运动模拟和操纵性预报。     

基于CFD模拟的水面船功率性能预报研究

论文针对水面船CFD标模KCS,进行CFD计算,模拟实船功率性能预报研究。比拟基于模型试验的水面船功率性能预报,开展了船模阻力、螺旋桨模型敞水和船模自航的数值模拟。通过对CFD模拟结果的分析,获得KCS实船的自航因子,并预报了设计航速下的实船功率。CFD计算模拟、分析及预报结果,都与模型试验及基于模型试验的预报结果进行了比较,总体上符合较好。     

数值模拟在船型方案优选中的应用

随着计算机和CFD技术水平的提高,数值模拟所需时间逐渐缩短、准确度逐步提高,利用数值模拟作为一种辅助手段进行方案择优已经逐渐流行。本文利用商用软件对广船国际提供的某油船三种线型进行了设计和结构吃水工况下的数值计算,包括阻力、自航计算,并且根据ITTC推荐规程做了实船尺度下的数据分析;以实船尺度下保持目标航速所需要的收到功率最小为评判标准,通过对该船三个方案线型不同吃水情况下计算结果的比较分析,评价了线型方案的优劣。通过数值模拟结果与物理试验结果的比较分析,验证了本文计算方法可靠性和准确性,也展示了数值模拟在船型方案择优过程中的作用,可以用于综合评价不同方案线型的船舶水动力性能。     

水面船自航因子CFD预报研究

针对水面船CFD标模KCS,进行基于CFD计算/模拟的自航因子预报研究。比拟基于模型试验的水面船自航因子预报,文中开展了船模阻力、螺旋桨模型敞水和船模自航的数值计算/模拟。通过对CFD计算/模拟结果的分析,获得KCS实船的自航因子。CFD计算/模拟及分析的结果(包括:船模阻力,螺旋桨推力、扭矩、效率,实船自航因子等)都与模型试验结果进行了比较,总体上符合较好。     

某小型自航绞吸挖泥船快速性研究

为了研究如何在恶劣条件下保障小型自航绞吸挖泥船快速性,文章采用数值模拟的方法,在船-桨系统下对某自航绞吸挖泥船进行快速性研究,论述了船首槽道尺寸对阻力的影响,船体、导管螺旋桨水动力性能受桨轴浸深影响的变化规律,并设计出推进器的优化使用方案。     

船舶运动状态下舵附推力鳍水动力性能分析

采用基于RANSE的数值波浪水池技术和数值拖曳水池技术,针对75 000 t船模型开展带有纵摇和横摇运动的自航CFD模拟研究。首先进行静水中的船模阻力和自航CFD模拟,通过与模型试验结果比较,初步验证了文中的CFD模拟方法 ;随后开展不同运动状态下是否带有舵附推力鳍的船模自航CFD模拟,并对该种状态下的船模阻力、运动响应以及船后螺旋桨的推力和扭矩等进行分析,获得相关变化特性。该项研究对于运动中船舶快速性研究和预报等,具有较好的指导意义和参考价值。     

大型油船航速估算方法

对现有的船舶航速估算方法分析比较，提出了大型油船的航速估算方法。其中有效功率估算是根据上海船研所肥大船系试验图谱和实船试验资料经分析、修正得出，与荷兰Ｈｏｌｔｒｏｐ法、大连造船厂法比较，本文方法均方差最小，估算值与试验值最接近；自航因子估算以ＳＳＰＡ大油轮系列自航试验资料为基础，用上海船研所大量肥大船模型自航试验数据修正得出。     

船舶风载荷计算及上层建筑降阻优化

以某5万吨级油船为研究对象,采用数值计算和风洞试验相结合的方法,对该油船不同风向角下的风载荷进行了研究.同时,基于降阻提效的理念,对该船上层建筑正迎风面构型进行了优化设计,并提出了3套优化方案.研究结果表明:数值结果与试验结果较为吻合,该数值方法可用于船舶风载荷工程预报;提出的上层建筑优化方案能够达到一定的降阻效果.     

9400 TEU集装箱船实尺度自航性能数值模拟

以9 400 TEU集装箱船为研究对象,分别采用体积力和滑移网格2种螺旋桨模拟方式进行实尺度自航性能数值模拟。先后考察湍流模型、网格划分、最大非线性迭代次数、时间步长、激励盘参数及动区域大小等因素对计算结果的影响,通过与模型试验换算及实船试航结果对比,确定了影响计算结果的关键因素及相应最佳设置,并且验证了实尺度自航性能数值模拟的有效性。分析对比了2种方法在实船自航点的自航推进因子及流场,发现两者均能较好预估实船性能。但是尾流场存在差异,对于桨前流动,两者主要差异在于轴向和切向流动;而对于桨后流动,两者主要差异在于径向流动。     

基于滑移网格的带桨水面船自航性能预报研究

应用FINE/Marine软件对KCS船、KP505桨以及考虑自由液面的船桨组合体进行数值计算,并计算其自航性能。利用滑移网格技术和随体网格来实现船桨之间的相互耦合。考虑到原有的自航性能数据处理方法并不代表实际情况,文中借鉴强制自航法的概念提出了一种新的船舶自航点求解方法预报船舶自航性能,并与模型试验结果进行比较,吻合良好,其中推力减额系数、伴流分数以及船舶推进效率的计算误差分别为0.5%、2.18%、6.76%。本文研究为预报船舶自航性能提供了一种新的研究手段。     

基于滑移网格的带桨水面船自航性能预报研究

应用FINE/Marine软件对KCS船、KP505桨以及考虑自由液面的船桨组合体进行数值计算,并计算其自航性能。利用滑移网格技术和随体网格来实现船桨之间的相互耦合。考虑到原有的自航性能数据处理方法并不代表实际情况,文中借鉴强制自航法的概念提出了一种新的船舶自航点求解方法预报船舶自航性能,并与模型试验结果进行比较,吻合良好,其中推力减额系数、伴流分数以及船舶推进效率的计算误差分别为0.5%、2.18%、6.76%。本文研究为预报船舶自航性能提供了一种新的研究手段。     

基于CFD的电力推进系统机桨匹配特性研究

为分析异步电机带定距桨电力推进系统的机桨匹配特性和规律,考虑船舶运营后的污底阻力,通过建立船舶污底与粗糙度的对应关系,数值模拟分析某型电力推进船舶阻力变化规律。基于STAR-CCM+软件建立数值水池,模拟分析常规螺旋桨设计与优化螺旋桨设计下的敞水虚拟试验、阻力虚拟试验和自航虚拟试验结果,结合机桨匹配点设计对实船尺度下的航速性能进行预报。通过研究发现：在船舶设计阶段减小定距螺旋桨的螺距比,可以使得新船的螺旋桨以较轻的负荷运转,从而获得较高的航速性能,对于异步电机带定距桨电力推进船舶机桨匹配设计具有借鉴意义。     

基于STAR-CCM+的双体风电运维船静水阻力仿真

船舶阻力是影响船舶快速性的重要因素.对于风电运维船来说,优异的快速性能是维持运维效率的保障.为提高该双体运维船的静水阻力性能,基于CFD进行数值仿真,运用STAR-CCM+建立数值水池,进行静水阻力计算并研究不同片体间距对双体船阻力的影响.根据数值仿真结果设计船模拖曳试验与其对比,结果表明,采用STAR-CCM+对双体...     

油船大侧斜桨的设计模型试验研究

本文对应用升力面理论为一艘载重量８００００吨，方系数０．８６１的大型油船的大侧斜设计及其敞水，自航试验作了简介。设计桨的性能理论预报与模型试验结果的比较表明，两者吻合较好，另外还将理论设计桨与该船实际安装的按图谱法设计的ＭＡＵ桨进行了比较与分析。     

中高速船自航因子数值预报方法

以某400 t渔政船为研究对象,提出一种新的自航点确定方法,得到船舶实效自航性能,仿真计算船体阻力、螺旋桨单独水动力性能以及船舶全附体自航因子,计算结果与试验结果比较表明,新的船-桨-舵全耦合复杂系统自航计算方法既能保证计算精度又能缩短计算时间。     

某内河船型线变化对阻力和自航性能的影响分析

采用船体参数变形工具与CFD数值水池虚拟试验相结合的方法,分析某内河船首尾局部型线变化对船体阻力和自航性能的影响,获得船体阻力及收到功率随变形参数幅值的变化趋势,分析参数变形引起的兴波场和船表压力变化。     

浅水急流机动驳新船型不同水深试验研究

根据乌江现有航道条件、在多方案技术经济论证和大量的机动驳模型试验研究的基础上，提出了具有上滩能力强、下水操纵性能好的适合乌江浅水急流航区的新一代水滴形双尾机动驳船型及船舶主尺度；对该船做了深水船舶快速性试验，并分别进行了不同水深吃水比和不同水深的船模浅水阻力试验、螺旋桨敞水试验及船模自航试验，探讨了不同水地浅水充航区机动驳船型快速性能的影响。     

VLCC风帆船航态及负荷变化对推进因子的影响研究

文章针对一条VLCC风帆助推船舶开展水池快速性模型试验研究,通过开展直航、系列变漂角、系列变舵角等工况的模型阻力和变负荷自航试验,研究船舶在风帆助航工况下由于航行姿态和螺旋桨负荷变化引起推进效率的变化规律.基于系列变漂角、变舵角的试验分析结果,开展了船舶自航因子的统计回归分析,据此可开展VLCC风帆助推船在特定航行工况的节能收益评估.论文研究表明:该VLCC船舶航态及航行负荷变化对船后推进因子和推进效率影响有其规律性;本文开展的试验研究和分析方法可对此类风帆助推船舶的节能收益进行定量评估.