舰船主尺度参数对舰船气泡尾流几何特性的影响

为了解舰船主尺度参数对尾流中气泡分布的影响,为依据尾流特征识别舰船,激光、声探测舰船尾流以及鱼雷的尾流自导提供依据,采用热分层环境下舰船远场尾流中气泡数密度分布计算的数学模型.首先数值计算驱逐舰尾流中气泡数密度的衰减规律,并与实测结果进行比较,二者定性符合得较好.然后利用该模型数值计算3种典型舰船的气泡尾流几何分布特性,分析船长L、船宽B、吃水T、长宽比L/B以及长度吃水比L/T等舰船主尺度参数对气泡尾流长度、宽度、深度及横截面分布的影响规律.     

基于自适应直角网格的高速方尾船气泡尾流模拟

航行水面舰船的尾流中含有大量气泡。气泡尾流具有演化时间长、扩散范围广等特征,对舰船的噪声、隐身性能等产生影响。这项研究通过自主开发的两相流求解器,采用大涡模拟方法对方尾船后的近场尾流进行数值模拟。使用自适应直角网格方法进行动态网格加密,通过几何VOF方法捕捉自由面和尾流中较大的气泡,利用高阶浸入边界方法模拟方尾船体表面。通过对方尾船不同吃水深度下气泡尾流的模拟,获得其形态特征。对尾流模拟数据进行时间平均和空间平均,得到尾流两相混合区域的速度分布。使用自主开发的气泡识别程序,获得尾流中气泡尺寸的分布和空间分布规律。     

实船尾流气泡对太阳光散射特性的影响

由于到达海表面的太阳光的主要能量分布在0.15～4 μm之间,且海水的透过窗口也在此范围内,太阳光在海水中具有一定的穿透能力.在海水中尾流气泡受到太阳光的照射会对其有明显的散射作用.利用尾流气泡太阳光散射特性与海水散射特性的差异可对尾流进行探测.本文利用Mie散射理论对尾流气泡的太阳光散射特性进行了研究,并在真实海洋环境中对海水及实船太阳光散射特性进行了试验研究.研究表明,以太阳光作为光源,在一定深度可以探测到尾流气泡太阳光散射特性.     

基于 LES 和 BPBE 的舰船气泡尾流数值分析方法

提出一种基于大涡模拟（LES）和气泡群平衡方程(BPBE)的舰船气泡尾流特征参数研究的数值分析法：首先建立舰船尾流场 LES 控制方程,结合实船初边始条件,对流向的速度进行数值模拟;然后再将 LES 计算得到的速度代入 BPBE 方程进行尾流中气泡数密度分布（BND）的求解。计算结果表明：BND 沿尾流流向的分布基本符合指数分布,在500 m 以内的区域衰减速度很快,500 m 以外的区域衰减速度缓慢;在离船尾越近的地方,小气泡的相对 BND 越大;在3000 m 距离处 BND 最大的气泡尺寸约为70滋m。该方法计算效率较高、占用空间较少,可望为舰船气泡尾流特征的研究提供新的有效手段。     

水下爆炸冲击波和气泡脉动的数值模拟研究

运用AUTODYN程序对水下爆炸冲击波和气泡脉动进行了数值模拟研究.首先模拟了无限水域中的水下爆炸冲击波,然后将深水爆炸简化为一维问题,采用一维方法对深水爆炸冲击波和气泡脉动进行了数值模拟,并将模拟结果与经验公式和实验结果进行了比较.模拟结果表明,AUTODYN能准确模拟近场水下爆炸冲击波和深水爆炸气泡脉动过程,计算得到的近场水下爆炸冲击波峰值压力和比冲量、水质点速度、气泡最大半径、脉动周期、二次压力波的峰值压力和比冲量等特性参数均与经验公式、理论公式和实验结果吻合良好.远场的冲击波峰值压力的计算值小于经验值,而且计算误差随着爆距的增加而增大.最后总结了模拟结果,得出了对工程应用有益的结论.     

近场水下爆炸载荷及舰船结构动态响应研究综述

以往水下爆炸研究主要集中在中远场,国内外专家学者在中远场水下爆炸方面做了大量研究。近年来,随着精确制导武器的快速发展,舰船遭受近场水下爆炸的几率大大提升。然而,近场水下爆炸过程涉及强间断、结构撕裂等强非线性问题,诸多机理尚不明确,如冲击波在多层介质中的传播规律、气泡的非球状脉动以及边界诱导射流等。近场水下爆炸实验具有成本高、可重复性差以及危险性高等缺陷,理论解析局限于简单结构及单一边界条件。随着数值技术的发展,越来越多的学者将数值方法结合实验、理论来研究近场水下爆炸。本文在现有文献的基础上,总结近场水下爆炸在实验、理论及数值模拟方面的典型成果,指出目前仍存在的具体问题,并对未来近场水下爆炸发展方向进行展望。     

船舶尾流模拟气泡的前向光散射特性研究

传统船舶散射分析模型不能有效描述气泡的感知能力。为解决此问题,设计基于船舶尾流模拟气泡的Mie前向光散射分析模型。通过散射元中波研究、衰减周期确定2个步骤,完成船舶尾流模拟气泡散射属性分析。在此基础上,通过散射系数确定、前向光与模拟气泡高斯拟合、反演参数确定3个步骤,完成新型船舶Mie前向光散射分析模型的搭建。设计对比实验结果显示,与传统模型相比,Mie分析模型可以有效提升船舶尾流模拟气泡在横、纵2个方向的感知能力。     

舰船气泡尾流特性研究现状

为了对水面舰船尾流的特性和产生机理进行试验测量和理论分析,并以此为基础,建立舰船气泡尾流模拟系统,进而研制声光复合尾流自导系统.在阅读相关文献及参考相关试验结果的基础上,对舰船气泡尾流特性的研究现状进行了总结.从气泡的运动、气泡的分布及气泡数密度变化规律3方面阐述了尾流中气泡特性;从舰船尾流的长度、宽度、深度3方面描述了气泡尾流几何特性的数学模型;指出了气泡尾流特性的研究方向以及急需解决的2个重要问题.     

舰船尾流气泡层散射相位函数的计算与分析

利用Mie散射理论及其递推公式并结合舰船尾流气泡的测量结果,得到了舰船尾流中气泡群的散射相位函数。通过对散射相位函数的分析与讨论,得出：尾流存在时间及气泡群分布模型参数的变化对散射相位函数的影响较小,仅当小半径气泡密度增加时其后向散射强度略有减小;尾流气泡相对于海水的折射率变化是影响尾流气泡群散射相位函数的主要因素,相对折射率越大,后向散射越弱。     

不同船型气泡尾龄的换算

为了解不同船型气泡尾龄的特点,利用小尺度舰船取代大尺度舰船进行气泡尾流探测实验提供依据,选取舰船尾流水面处沿船长方向变化的气泡数密度的最大值作为舰船气泡尾龄换算的主要特征量,估算了在尾流初始截面处该特征量与船首浪高、舰船航速的关系。基于文献[1]给出的数值模拟方法对不同尺度船型气泡尾龄进行了相互换算,理论计算结果与实船探测基本一致。     

粘流方法的螺旋桨尾流场数值分析(英文)

The computational fluid dynamics(CFD) method is used to numerically simulate a propeller wake flow field in open water.A sub-domain hybrid mesh method was adopted in this paper.The computation domain was separated into two sub-domains,in which tetrahedral elements were used in the inner domain to match the complicated geometry of the propeller,while hexahedral elements were used in the outer domain.The mesh was locally refined on the propeller surface and near the wake flow field,and a size function was used to control the growth rate of the grid.Sections at different axial location were used to study the spatial evolution of the propeller wake in the region ranging from the disc to one propeller diameter(D) downstream.The numerical results show that the axial velocity fluctuates along the wake flow;radial velocity,which is closely related to vortices,attenuates strongly.The trailing vortices interact with the tip vortex at the blades’ trailing edge and then separate.The strength of the vortex shrinks rapidly,and the radius decreases 20% at one diameter downstream.     

肥大型船舶实效伴流分析及预报

为进一步掌握肥大型散货船、油船实效伴流的变化规律并改善传统估算公式的实用性,基于对成因的内在分析,探讨部分影响实船实效伴流的主要参数,并总结出相应的规律。以近30艘实船的数据资料为依据,通过改良得到一种具备创新性、实用性、能反映实船实效伴流客观规律的预报方法。     

基于潜艇模型尾流湍流强度和耗散率的CFD模拟

优良的隐身性能使得潜艇具有强大的突防能力,因此,控制潜艇尾流信号特征对于提高潜艇隐身性能意义重大,这些信号特征主要包括尾部湍流强度、湍动能、湍流耗散率等。同时,优良的艇型对于抑制尾流信号特征、提高潜艇快速性和隐身性也具有重要意义。基于此,采用RANS方法计算SUBOFF潜艇主艇体艇型及6种改良艇型的艇体粘性绕流,将CFD方法用于分析艇体半径、艇艏长度、艇艉长度等参数对潜艇尾流信号特征的影响。计算结果显示：在SUBOFF潜艇主艇体艇型及其6种改良艇型的尾流场中,增加艇体半径有利于抑制远尾流场湍流信号特征,在近场则不利;增加艇艏长度能降低近尾流场湍流信号特征,在远场影响较小;增加艇艉长度在近、远尾流场均有利于降低其信号特征。     

Multi-fidelity optimization of a high-speed foil-assisted semi-planing catamaran for low wake

The wakes of high-speed passenger-only ferries that operated through Rich Passage, on the Seattle-Bremerton ferry route, caused beach erosion and damage to habitat. A task was initiated to design a low-wake high-speed vessel using multi-fidelity CFD based design optimization by using low-fidelity potential flow solvers for initial global design optimization and by using URANS solvers for high-fidelity tuning of the optimized design. This simulation based design process involved a close collaboration between ship designers, and hydrodynamics and CFD specialists, whose collective expertise guided the evolution of the design based on both hydrodynamic and structural aspects. The initial hull shape optimization using potential flow code was carried out by blending three different initial concepts provided by the designers. Subsequently, URANS was used to evaluate the potential flow optimized hull and to further optimize the hull configuration parameters, namely, the centre-of-gravity, demihull spacing, foil location, foil angle and slenderness ratio at different displacement conditions. The URANS based configuration optimization also took into account the far field wakes’ energy spectrum with an objective of reducing the energetic, low frequency far field wakes which are associated with beach flattening on the mixed sand and gravel beaches. Calculation of the far field wake using URANS would require an unfeasibly large domain size; therefore, a Havelock code with a source distribution matching the URANS calculated near field wave elevation was used to propagate the wakes into the far field. The end result of the optimization was a design with significantly reduced far field wake, which is currently being built for experimental testing.     

均匀流中潜艇水下运动表面尾迹的数值模拟

本文通过基于RANS方程和VOF方法的非定常粘性数值方法对潜艇在均匀流中水下运动的表面尾迹特征进行了探索性研究,较好地解决了用粘性流方法来模拟远场波浪中的数值耗散问题,数值计算得到的潜艇运动尾迹特征与诸多文献和理论分析结果基本一致.本文均匀流中的数值模拟将成为潜艇在分层流运动数值模拟的基础.     

船模伴流场修正对螺旋桨激振力预报的影响

介绍Hoekstra船模伴流修正方法、伴流模拟方法及螺旋桨激振力测量的试验过程。以第16届ITTC推荐的Sydney Express桨为研究对象,在上海船舶运输科学研究所空泡实验室用网格方法模拟船舶艉部流场,通过布置在桨模上方相应位置平板上的5个传感器进行了脉动压力测量。比较螺旋桨在船模伴流场和使用Hoekstra法换算得到的实船伴流场中工作时激振力的预报值及桨模空泡形态,并与实桨对比,就伴流场修正对螺旋桨激振力预报的影响作了探讨。     

数值水池船模自航试验方法研究

同时考虑自由液面、真实螺旋桨的旋转运动,在数值水池实现了船/桨整体流场的数值计算。在既定航速下,推力与船体阻力为螺旋桨转速的函数,通过变化转速得到自航点。文中数值计算得到的自航点与物理水池试验自航点吻合良好。根据数值自航试验结果,不仅可通过积分的方法计算伴流分数与推力减额分数,还可详细分析螺旋桨进流与桨叶的速度、压力分...     

某集装箱船伴流场的CFD计算策略分析

以某集装箱船为研究对象,从网格划分、湍流模型、VOF方程的时间离散格式及自由面是否计及等4方面对其进行了艉部轴向伴流场的数值计算策略分析,计算得到不同因素影响下的轴向伴流的周向分布图、等值线图以及桨盘面处的平均伴流分数,并将各计算结果与伴流试验结果进行比对。对于该船型,在计算艉部伴流场时,宜采用SSTk-ω模型,在考虑黏性自由面条件下选用显式VOF法,并适当增加船艉至桨盘面区域的网格数量。     

舰船尾流自导鱼雷防御技术发展现状

舰船对尾流自导鱼雷的防御技术是当前倍受重视的一个研究热点。总结了国内外现有防御尾流自导鱼雷的方法,详细分析了尾流截断法、尾流交叉法、尾流模拟法、强行摧毁鱼雷法等主要方法的优缺点。所得结论对发展我军尾流自导鱼雷防御技术,提高舰船战场生存能力具有一定参考价值。