带附体潜艇尾流场的数值模拟与验证

对美国DARPA潜艇模型SUBOFF尾流场进行了数值模拟,采用湍流模型k-ε、k-ω与壁面函数相结合,直接求解RANS方程,并将计算结果与试验结果进行了比较分析,验证了数值方法的可靠性。在此基础上将SUBOFF模型改变为“X”型尾翼,对其尾流场进行了数值模拟分析。     

带附体潜艇尾流场的数值模拟与验证

  目的  为了更好地开展潜艇的概念设计、优化水动力布局及改善螺旋桨进流质量,  方法  基于STAR-CCM+仿真软件,针对主艇体、附体（指挥室围壳、尾操纵面）的不同位置处的壁面压力和摩擦力以及尾部桨盘面处的伴流场,对SUBOFF AFF-8潜艇模型水动力特性进行数值模拟,将无量纲化处理后的计算结果（压力系数、摩擦力系数）与实验数据进行对比。结合SST k-ω湍流模型,对比RANS,URANS和DES方法求解的结果,并利用艇体附近涡量图和尾部速度等值线分析计算结果产生差异的原因。  结果  结果表明,采用RANS方法可以同时较好地解决艇体水动力和尾流场的问题,且性价比较高;采用DES方法分析流场网格尺度控制很重要。  结论  采用RANS方法并结合SST k-ω湍流模型可较好地指导潜艇的概念设计、水动力布局优化,为改善螺旋桨进流质量、降低辐射噪声等提供一种手段。     

带前置导叶的潜艇尾流场的研究

本文采用发展的ＲＡＮＳ数值求解器，成功地对带前置导叶的潜艇尾流场进行了数值预报。算法中采用ｋ－ε湍流模型和壁函数，计算雷诺数为１０＾７，控制方程在正常网格下差分离散，运用了ＳＩＭＰＬＥＣ和ＡＤＩ技巧。针对潜艇尾端的收缩尖点，发展了一种可在直角坐标系下处理ｒ＝０问题的底面爬升网格技术。前置导叶的影响采用三维力场模型模拟，算例结果表明，本文的方法有效，并在设计者最为关心的桨盘面处轴向速度场已达到小于５     

全附体潜艇三维粘性流场数值计算方法研究

采用不同的湍流模型和网格形式对SUBOFF全附体模型进行三维粘性流场数值模拟,将计算所得的艉部伴流场同有关文献的试验结果进行比较,并以伴流分数对周向角的曲线形式展现出来,分析了湍流模型、艇体周向网格节点间距和y+值对全附体潜艇三维粘性流场数值计算结果的影响.     

简化护卫舰的尾流场优化研究

小型舰船在航行中,机库后方产生的不稳定回流区会影响舰载机在甲板上的作业。为了改善舰面流场,保障舰载机在甲板上的安全起降,基于改进的简化护卫舰外形（MSFS）,首先结合计算流体力学和人工神经网络方法,预测不同的机库长度L和宽度W对应的回流区大小,建立两种神经网络下的回流区响应面,然后在该响应面上使用粒子群算法得到优化的舰船结构。结果表明：回流区长度随着L和W的变化呈现出明显的非线性变化;与数值模拟结果相比,误差逆传播神经网络得到的回流区长度最大相对误差约为0.9%,径向基函数神经网络得到的最大相对误差约为2.2%;两种神经网络下得到的预测回流区响应面在整体上较为相似,且在两个预测响应面上优化得到的最小回流区长度都为1.93H,和数值模拟结果之间的相对误差约为0.5%。     

潜艇操纵水动力数值预报网格与湍流模型选取研究

针对采用计算流体力学(CFD)数值方法预报潜艇操纵水动力中,网格划分和湍流模型选择的问题。以SUBO)FF潜艇模型为对象,对不同网格分辨率的模型进行了水动力计算,对网格的收敛性进行了研究,采用五种不同湍流模型,计算得到了不同漂角下潜艇所受水动力,并和试验结果进行了比较。研究结果表明,在采用CFD数值方法预报潜艇操纵水动力时,纵向力对网格分辨率有较高要求,而侧向力和力矩对网格分辨率要求较低,在湍流模型选择上,采用标准k-ω湍流模型能够获得与试验结果更相符合的计算结果,是目前硬件条件下潜艇水动力CFD预报比较合适的一种湍流模型。     

基于滑移网格的带螺旋桨艇体尾流场数值分析方法

采用雷诺平均N-S方程对艇后螺旋桨的粘性流场进行整体仿真计算,使用SSTκ-ω湍流模型进行方程组的封闭。为了研究带螺旋桨的艇尾部流动状况,采用滑移网格的处理方案。比较了带桨与不带桨情况下尾部流场的变化。仿真结果表明,应用滑移网格技术可以为艇后螺旋桨和潜艇整体流场的研究提供一种实用可靠的方法。     

尺度效应对全附体潜艇阻力数值计算结果的影响

采用数值计算方法对SUBOFF潜艇的全附体模型进行三维粘性流场数值模拟,将雷诺数为1.2×107时的计算结果同试验结果进行比较,验证了计算方法的可靠性 采用不同数量的网格分别对不同尺度的SUBOFF模型在高雷诺数条件下的流场进行数值模拟,研究网格数量和艇体主尺度大小对高雷诺数条件下潜艇阻力计算结果的影响,通过对计算结果的分析,获得了尺度效应和网格数量对潜艇阻力数值计算结果的影响规律。     

带前置导叶桨潜艇自航试验的数值模拟与自航因子预报

本文根据RANS代码,采用移动网格滑移交接面技术对假想的带前置导叶潜艇的自航试验、螺旋桨敞水试验进行模拟,并依据试验结果验证之,发现该方法能够较好地预报螺旋桨推力、扭矩.而后,与潜艇阻力试验相结合,预报潜艇自航因子,通过与试验结果的比较分析,验证了方法的可靠性.     

基于CFD的水下拖曳体艉部流场仿真

水下拖曳体的艉部线型是决定其水动力性能的重要特征之一,良好的艉部线型对减小拖曳体的形状阻力系数,提高拖曳航速,减小拖缆的张力等都有积极意义。选用带十字尾翼的水下拖曳体作为研究对象,应用k-ε模型对其艉部流场特性进行精细分析,分析静压力系数Cp沿拖曳体长度方向的分布,并对水下拖曳体与尾翼交接部上游马蹄涡流动的产生及发展过程进行计算,得出拐角区的流线及流场。计算和实验结果表明,所采用的计算模型和方法合理,可在此基础上应用到其他水下拖曳体的外形优化设计中。     

船舶CFD不确定度分析方法述评

船舶CFD技术已越来越显示其"数值水池"的巨大潜力和广阔前景;CFD的不确定度分析也就成为"数值水池"实用化的技术瓶颈之一。以"量值溯源"为基础的测量不确定分析方法体系(如ISO-GUM)并不适用于数值模拟。自AIAA于1998年发布"CFD不确定度分析导则"以来,关于CFD不确定度分析的技术术语和定义已逐步取得统一。2009年ASME发布了"CFD不确定度分析标准"并成为美国标准,必将有力地推动CFD不确定度分析的广泛应用和方法统一。文中首先对AIAA和ASME方法进行了综述,重点评述了"数值计算不确定度"(numerical uncertainty)的评定方法;其后,对ITTC现有规程(2008年修订)以及最新进展进行了简要的总结。文中还对如何将CFD不确定分析与船舶CFD实际应用相结合的问题给出了初步建议。     

基于CFD方法的6500TEU集装箱船舵空泡腐蚀数值模拟研究

舵的空泡腐蚀研究在船型优化设计和新船型开发中具有重要意义。文章以6 500 TEU集装箱船的NACA0021舵为研究对象,通过对船、桨、舵整体三维建模,运用CFD方法在3D计算域下对舵的非定常空化现象进行数值模拟,得到了与试验比较一致的结果。同时还对改善舵空蚀现象的措施进行了分析。研究表明,通过整体建模的数值模拟方法对舵空泡性能进行预测研究,其结果是合理可信的。     

氨和甲醇等燃料供给系统设计对比及仿真

为满足国际海事组织（International Maritime Organization, IMO）对船舶主机COx、SOx和NOx排放的要求,基于MAN主机燃料进机需求,对多种清洁低碳燃料系统的设计进行对比分析。分别针对氨、甲醇和液化石油气（Liquefied Petroleum Gas, LPG）等燃料开展关键问题解决方案对比,并运用计算流体动力学（Computation Fluid Dynamics, CFD）方法对燃料系统回液方式进行仿真。仿真结果显示：在LPG回液管路上设计可调减压元件,能在1.8~2.3 MPa压力区间内实现燃料再利用,有效形成闭式循环回路;当损耗系数K为500~6 500时,供给LPG主机的燃料压力满足5.1~5.5 MPa的要求。对比分析表明,在LPG燃料供给系统上调整供给泵参数和回液损耗系数K,即可使该系统应用于氨燃料供给系统设计中。     

某超超临界汽轮机高压进汽腔整圈斜置静叶的数值仿真

  目的  为了研究工质参数对透平机械中密封动静特性的影响,  方法  建立梳齿密封三维数值模型,分别以空气和水蒸汽为工质,应用计算流体力学（CFD）方法和旋转坐标系方法分析不同水蒸汽参数对密封泄漏性能和动力特性系数的影响。  结果  结果表明：工质为空气和水蒸汽时,密封的泄漏特性区别很大,其流体激振力与涡动速度分别呈线性和二次非线性的变化关系。当水蒸汽温度增加时,密封动力特性系数的变化将导致系统的稳定性下降。  结论  因此工质参数对透平机械的系统稳定性具有重要意义,在实际应用中需要考虑工质参数对密封动静特性及转子系统的影响。     

船舶机舱机械通风数值模拟分析和优化设计

某海监船在进行机舱机械通风效用试验时,发现存在舱内气流分布不均、风速梯度变化较大、部分船员操作和活动区域温度偏高等问题。为解决上述问题,利用CFD技术对该船机舱机械通风系统进行数值分析,并提出机舱气流改进方案。随后,选取优化前、后的典型截面进行分析,指出在保证舱内适当负压的情况下可将机械送风改为机械抽风,从而实现机舱进风量增加50%,并消除舱内气流大漩涡和改善气流组织。此外,还提出可在右舷开一个新增风口,以更有效消除气流漩涡,并降低局部温度。结果显示,该优化方案能够满足海船规范要求且施工方便,对于工程设计具有一定的参考价值。     

带附体潜艇绕流场数值计算与验证

采用κ-ε湍流模型和有限体积法用求解RANS方程的方法,对全附体的SUBOFF AFF-8潜艇模型三维粘性绕流场进行了数值模拟计算.一种结合增强型壁面函数的两层模型被采用,以便在近壁区域采用精细网格来模拟边界层内的流场流动特征.给出了雷诺数Re=1.2×107下模型表面纵中剖面线上半部分压力系数与摩擦阻力系数的分布,以及指挥台围壳与尾翼表面不同高度处的压力系数分布,同时计算了桨盘面处的尾流速度分布,并与有关文献给出的实测值进行了比较和验证,分布趋势基本一致,较相关文献给出的计算结果有相当大的改进,此外从指挥台围壳与尾翼后的速度矢量图观察到了与有关文献相同的涡旋流场结构,从而验证了该数值方法的有效性,为潜艇概念设计中评价设计方案优劣提供了重要的技术手段.     

斜流中船后螺旋桨水动力数值分析

基于CFD对国际标模KCS斜航状态进行了数值模拟,分析了不同漂角时螺旋桨在纵向、横向、垂向三个方向上的力和力矩的变化规律,并探讨了漂角对推力偏心矩的影响。数值模拟采用RANS(Reynolds-Averaged Navier Stokes)方法,结合SST k-ω湍流模型和滑移网格。计算考虑了±20o,±10o以及0o漂角,结果表明：由于横向水流改变了螺旋桨桨盘面上的载荷分布,漂角对螺旋桨的横向和垂向的力和力矩有显著影响,漂角方向对螺旋桨推力偏心矩的偏移有较大影响。     

船舶非线性横摇运动数值模拟研究

非线性大角横摇运动是危害船舶安全的重要因素,也是船舶水动力学关注的热点及难点问题。文章采用CFD方法,对某型驱逐舰船模在不同波长规则波中横浪航行时的横摇运动进行了数值模拟。通过与水池实验比对,数值仿真得到的稳定横摇幅值与实验值的误差在10%左右。同时,数值模拟证实了非线性横摇的两种典型特征—“多值”及“跳跃”现象。数值模拟结果表明,CFD方法可作为研究船舶非线性横摇运动的有效手段。     

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。