船舶横摇阻尼的CFD数值模拟研究

船舶横摇阻尼是影响参数横摇和瘫船稳性等大幅横摇运动的关键参数.文中基于非定常RANS方程在静水中对模型2792进行了自由横摇衰减的数值模拟,该模型是船舶第二代完整稳性衡准制定中瘫船稳性研究的国际标准船模,数值模拟中采用了两种网格类型,一种是滑移网格,另一种重叠网格.计算结果表明,数值模拟的自由横摇衰减曲线和模型试验结果吻合良好,另外CFD计算的横摇阻尼与试验值的误差小于Ikeda's经验公式计算的误差,证明非定常RANS方程可用于预报横摇阻尼.     

采用CFD得到的横摇阻尼的船舶横摇分析：数值和实验研究（英文）

This study investigates the roll decay of a fishing vessel by experiments and computational fluid dynamics(CFD)simulations. A fishing vessel roll decay is tested experimentally for different initial roll angles. The roll decay is also simulated numerically by CFD simulations and is validated against the experimental results. It shows that the roll damping could be obtained by CFD with high level of accuracy. The linear and nonlinear damping terms are extracted from the CFD roll decay results and...     

基于CFD数值模拟的船舶横摇附加质量系数和阻尼系数

基于CFD理论提出一种船舶周围水动力参数的辨识方法.以某型号驱逐舰船模为研究对象,对其典型剖面在静水中横摇进行CFD二维数值模拟,通过最小二乘法拟合得到船舶典型剖面水动力附加质量系数和阻尼系数,再沿船长积分得到船舶周围的等效水动力参数,并分析舭龙骨对横摇力矩的影响.研究结果表明,该参数辨识方法能有效得到船舶周围水动力参数,且具备较高的计算效率.此外,加装舭龙骨对船舶横摇稳定性的提升有着显著作用.     

三维船体横摇运动数值模拟及舭龙骨阻尼特性研究（英文）

为研究舭龙骨阻尼特性及尺寸航速等因素的影响,本文基于计算流体动力学方法分别对有、无舭龙骨三维船体的自由横摇衰减运动以及强迫横摇运动进行数值模拟研究,有无舭龙骨的三维船体的横摇阻尼之差即为舭龙骨阻尼。对F_r=0.138、初始横摇角10°带舭龙骨船体的自由横摇衰减数值模拟算例作了验证与确认分析,自由横摇衰减时历曲线与实验结果吻合较好,固有周期和横摇阻尼精度较高。进一步分析研究了不同几何尺寸、初始横摇角、航速以及频率等参数对舭龙骨阻尼的影响。自由横摇衰减模拟研究中舭龙骨阻尼随着舭龙骨宽度、初始横摇角度的增大而增大;当航速为0时,舭龙骨阻尼在总阻尼占比最大,航速对舭龙骨阻尼绝对值影响较小。强迫横摇模拟研究表明:当横摇角一定,舭龙骨阻尼随着频率的增大而非线性增大,在固有频率附近,粘性效应不可忽略。     

基于CFD的船舶横摇数值模拟与粘性效应分析

[目的]船舶横摇的准确预报对于船舶耐波性、稳性以及操纵性的研究具有十分重要的意义,但船舶横摇运动受流场粘性效应的影响很大,计算中存在较多非线性因素,因而并不适于常用于研究船舶运动的传统势流理论。为解决这一问题,[方法]采用基于OpenFOAM软件开发的naoe-FOAM-SJTU求解器,分别通过欧拉方法和RANS方法对S60船模典型二维横剖面的强迫横摇进行数值模拟,同时,模拟分析DTMB 5512不同三维船模的自由与强迫横摇运动。[结果]在成功将横摇阻尼力矩的不同成分分别计算出来后发现,其中漩涡阻尼所占的比例最大,摩擦阻尼所占的比例最小,而舭龙骨在一定的横摇角度范围内则减小了横摇阻尼力矩。[结论]该结果揭示了横摇参数对船舶横摇运动及横摇阻尼力矩的影响,对准确预报船舶的横摇运动具有重要意义。     

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。     

船舶横摇阻尼确定方法研究

基于势流理论仅能计算由于辐射兴波引起的阻尼,不适于计算在横摇谐摇周期附近的船体横摇运动,这是因为此种情况下横摇产生的辐射兴波阻尼力矩很小,而由于液体分离产生的黏性阻尼十分显著。准确地计算船舶横摇阻尼对船舶横摇运动的研究非常重要。应用三种方法计算C11型集装箱船的阻尼,分别是船模试验确认阻尼系数、经验公式求解以及运用CFD进行数值模拟,将三种方法求得的阻尼代入船舶横摇自由衰减运动方程,最后将数值模拟结果与模型试验结果进行了比较。     

实尺度船舶参数横摇数值模拟研究

船舶在特定波浪环境下会遭遇大幅度的参数横摇运动。论文基于黏性流理论建立CFD数值模拟方法,结合动态重叠网格技术与刚体6自由度运动预报模块,对国际标准水面船模型ONRT,在横摇、纵摇与垂荡3自由度耦合运动情况下进行实尺度参数横摇数值模拟。还在安装不同附体（舭龙骨、呆木、尾舵）的条件下进行参数横摇数值预报。研究结果表明,加装舭龙骨对参数横摇具有显著的抑制作用,而呆木与尾舵虽然能在一定程度上减小参数横摇幅值,总体而言效果不显著。研究成果对船舶第二代完整稳性衡准的研究具有一定的参考意义。     

船舶横摇阻尼浅水效应模型试验

涉及舰艇进速时横摇阻尼浅水效应的一系列有关模型试验,进行了自由和强制横摇试验,以取得横摇阻尼系数。试验采用油船船型进行,结果显示不管船舶航速大小,随着水深的下降,横摇阻尼提高。可以认为浅水水域的横摇阻尼提高速度时,要比在深水水域的横摇阻尼提高速度时大得多,且在浅水水域横摇阻尼升力分量是从船体横向力的稳态特性估算的。横向力是在一定水深中进行的斜航拖曳试验中确定。由于船舶航速、升力分量同横摇阻尼是相当一致的,故可以得出浅水水域情况下升力分量占据船舶航速引起的横摇阻尼的主要部分。     

破损进出水对船舶参数横摇的影响（英文）

船舶破损进水不一定会导致船舶倾覆,在破损流动过程以及破损流动达到稳定之后,破损船舶的运动特性非常值得研究。文章主要基于CFD方法和势流方法研究了破损进水对船舶参数横摇的影响。首先基于非定常RANS方程结合VOF方法,研究了破损舱室的破损流动过程,并且通过已有的模型试验,验证了计算方法的可靠性;然后,基于三维时域混合源法,考虑破损进出/水引起的额外载荷,研究了破损流动对破损船舶参数横摇运动的影响。研究表明,破损流动对横摇幅值的影响类似于被动减摇水舱,并且影响力度与破损舱室所在的纵向位置有关。     

基于改进型消灭曲线法的横摇阻尼估算（英文）

自由衰减试验仍是目前最为有效且常用的估算横摇阻尼系数的方法。横摇阻尼系数的估算精度对于船舶横摇运动的预报起着至关重要的作用。通常采用所谓的消灭曲线法来分析自由横摇衰减数据。该方法的一个不足之处在于其推导是基于忽略了非线性恢复力项的自由横摇运动方程。另一方面,考虑更多非线性成分的能量法能够纳入该因素影响但在实施过程中较为复杂。文中提出了一种改进型的消灭曲线法,能够纳入船体非线性恢复力项的影响。所提出的方法形式简单且相比能量法更易于实施。数值试验证明了改进型消灭曲线法的正确性,并展现了其相对传统消灭曲线法所具有的优势。     

船舶横摇阻尼分析方法的一个改进

文献〔1〕提出了根据横摇极值点作状态参数估计确定船舶横摇阻尼系数的方法。本文为适应高速航行时船舶横摇阻尼试验分析的需要,提出直接从时间曲线拟合作参数估计求横摇阻尼系数的方法,从而扩大了应用范围。     

方形波浪中船舶参数横摇数值模拟方法研究

以一艘集装箱船为研究对象,在国内首次开展方形波浪下船舶参数横摇模型试验,并对方形波浪下船舶参数横摇数值模拟方法进行了研究.首先对基于粘流和势流的数学模型分别进行了介绍,并介绍了方形波浪中的模型试验方法.比较和分析了数值预报方法和模型试验的横摇数据.研究结果表明:当船舶的横摇固有周期接近波浪遭遇周期的两倍时,该集装箱船在...     

粘性流中船舶横摇阻尼计算

船舶横摇阻尼的确定是准确预报船舶在波浪中运动的关键之一.本文以粘性流理论为基础,以连续性方程和N-S方程为控制方程.对Series 60船型的二维横剖面绕流进行了数值模拟,计算分析了不同工况下船体剖面的横摇阻尼系数,并与相关实验结果进行了比较.对比和研究表明,本文的方法能给出船舶横摇运动诱导的涡,船体的横摇阻尼等,可进一步拓展应用于船舶在波浪中运动的分析预报和优化设计等方面.     

用有效的解析和数值方法估算船舶在随机横浪中的横摇运动（英文）

A steady-state roll motion of ships with nonlinear damping and restoring moments for all times is modeled by a second-order nonlinear differential equation. Analytical expressions for the roll angle, velocity, acceleration, and damping and restoring moments are derived using a modified approach of homotopy perturbation method(HPM). Also, the operational matrix of derivatives of ultraspherical wavelets is used to obtain a numerical solution of the governing equation. Illustrative examples are provided to examine the applicability and accuracy of the proposed methods when compared with a highly accurate numerical scheme.     

波浪对船舶非线性横摇阻尼的影响

横摇非线性阻尼通常是在静水中进行横摇衰减试验确定。本文通过在波浪水池中进行不规则波的船模横摇衰减试验，研究了波浪对非线性横摇阻尼的影响。研究发现波浪的存在使横摇阻尼线性部分减少，非线性部分增加；采用随机减量法得到非线性横摇阻尼时，门槛值不同所得到的阻尼也不相同，一般说来，门槛值越大，阻尼非线性成分增加，而线性成分减少。     

船舶横摇混沌阈值的数值方法研究

为计算梅尔尼科夫函数的简单零点,文章比较分析了两种数值算法:类帕德逼近和高斯—勒让德积分,作为验证,计算了某激励频率下系统的李雅普诺夫指数谱。然后选取某型船,采用梅尔尼科夫函数方法计算了横摇动力系统的混沌阈值,观察了横摇系统的安全池随外激励增大而逐渐破损的过程,并追踪了破损域中某点的相轨迹。研究计算表明:类帕德逼近可以较精确地得到同(异)宿轨道的参数方程,但在方程的设解形式上需要一定的技巧性,且计算量较大;高斯—勒让德积分不关注参数方程具体形式,处理简单,便于工程计算。     

大幅船舶横摇运动非线性附加质量惯性矩和阻尼矩特性的非参数识别（英文）

This study aims to investigate the nonlinear added mass moment of inertia and damping moment characteristics of largeamplitude ship roll motion based on transient motion data through the nonparametric system identification method. An inverse problem was formulated to solve the first-kind Volterra-type integral equation using sets of motion signal data. However, this numerical approach leads to solution instability due to noisy data. Regularization is a technique that can overcome the lack of stability; hence, Landweber's regularization method was employed in this study. The L-curve criterion was used to select regularization parameters(number of iterations) that correspond to the accuracy of the inverse solution. The solution of this method is a discrete moment, which is the summation of nonlinear restoring, nonlinear damping, and nonlinear mass moment of inertia. A zero-crossing detection technique is used in the nonparametric system identification method on a pair of measured data of the angular velocity and angular acceleration of a ship, and the detections are matched with the inverse solution at the same discrete times. The procedure was demonstrated through a numerical model of a full nonlinear free-roll motion system in still water to examine and prove its accuracy. Results show that the method effectively and efficiently identified the functional form of the nonlinear added moment of inertia and damping moment.     

基于CFD分析的船舶横摇运动统计特征

船舶大幅度横摇的准确预报一直是船舶工程界关注的热点研究方向之一。基于CFD软件Fluent对船舶横摇问题进行了数值模拟研究,建立了船体自由横摇运动的有限体积模型。通过对一系列船体于静水中作不同初始横摇角的自由横摇运动进行数值模拟,分析得出船体横摇非线性过程中横摇角幅值存在一定的统计规律,并提出基于此统计规律对船体的大幅横摇运动进行数值预报的方法。