局部气垫双体船阻力性能及片体间距优化研究

基于流体计算软件STAR-CCM＋,使用VOF法模拟自由液面,联立求解N-S方程及运动方程,并结合湍流模型RNGk-ε及DFBI六自由度模型,对局部气垫双体船型阻力性能进行数值模拟计算,计算结果与船模水池试验结果吻合,精度可信,验证了此该数值方案的可行性.在此基础上,针对局部气垫双体船的片体间距对阻力性能的影响进行数值仿真计算,并对结果进行对比分析,得到了不同片体间距下的阻力变化趋势.针对该局部气垫双体船,综合考虑越峰性能及高速段、低速段阻力性能对片体间距进行选取,认为0.34m的片体间距较为合理.文中使用的CFD方法能够有效模拟局部气垫双体船的阻力性能,可用于船型优化设计.     

基于三维时域Green函数法的船舶在规则波浪中的运动数学模型

在小时间区域采用级数展开法, 在大时间区域采用渐进展开法, 在大、小时间过渡区域采用精细积分法, 对三维时域Green函数进行数值计算; 采用线性叠加原理求解船舶辐射与绕射问题, 构造出船舶在规则波浪中的运动数学模型, 并采用数值方法计算WigleyⅠ型船舶和S60型船舶以Froude数为0.2迎波浪航行时的水动力系数、波浪激励力与运动时间历程。计算结果表明: 由于不规则频率的影响, 当量纲一频率为1.7时, WigleyⅠ型船舶的垂荡附加质量计算结果比试验结果小44%, 当量纲一频率为2.5时, S60型船舶的纵摇阻尼系数计算结果比试验结果小43%;随着入射波频率的增加, WigleyⅠ型船舶和S60型船舶的水动力系数和波浪激励力的大部分计算结果与试验结果的相对误差小于30%, 且二者的变化趋势一致; 对于WigleyⅠ型船舶, 当波长与船长比为1.25时, 采用三维时域方法计算的垂荡幅值响应因子和纵摇幅值响应因子分别比试验值小11.3%和4.8%, 采用三维频域方法计算的垂荡幅值响应因子比试验值大48.4%, 纵摇幅值响应因子比试验值小48.4%, 当波长与船长比为1.50时, 采用三维时域方法计算的垂荡幅值响应因子和纵摇幅值响应因子分别比试验值小3.0%和11.3%, 采用三维频域方法计算的垂荡幅值响应因子比试验值大9.8%, 纵摇幅值响应因子比试验值小23.6%。可见, 采用三维时域方法能准确地仿真船舶在波浪中的运动时间历程。      

电泳槽内水平段汽车白车身的气动力数值模拟

针对白车身在电泳槽中运行过程的实际情况,建立了三维计算模型.基于日本CRADLE公司的SC/Tetra软件,利用八叉树方法对含有白车身的电泳槽模型进行了网格划分,应用k-ε标准湍流计算模型和SIMPLE算法对电泳槽中白车身外流场进行流场模拟分析.文中采用静网格模型和动网格模型两种不同方法对流场进行了模拟计算并对计算结果进行了对比.计算表明,两种方法所得结果相对误差小于4.96%,说明计算结果可靠.计算得到汽车白车身在电泳槽水平运行时阻力值约为17.89 N,横向力值约为1.85N,升力值约为522.36 N,计算结果为电泳生产线中遇到的脱钩、车身倾斜和车身颠覆等问题的解决提供了参考数据.     

基于投影和质心运动特征的人体行为识别算法

介绍了一种基于投影和质心运动特征的人体行为识别算法。首先用带重叠的等长时间窗口将原始视频进行分割,用时间差分法检测图像运动部分;其次对二值化后的图像进行水平投影和垂直投影,每组投影特征用主成分分析提取主成分,然后对融合位置与速度向量进行识别;最后使用网上视频库进行试验。试验结果表明:该算法在识别率和计算量方面具有良好的效果。     

孤立波浪边界干扰下流线型箱梁气动特性

近海流线型箱梁主梁距水面较低时,气动特性极易受到极端波浪边界的干扰.为研究极端波浪边界干扰下流线型箱梁气动特性,以孤立波浪模拟极端波浪,基于FLUENT软件,采用铺层网格技术建立了模拟运动孤立波浪边界干扰下流线型箱梁气动特性的数值模型;利用所建立并验证的数值模型研究了不同参数下运动孤立波浪边界对流线型箱梁气动特性（静气动力系数、涡量场以及平均压力系数和脉动压力系数分布）的干扰.分析结果表明：不同孤立波浪边界运动速度干扰下流线型箱梁气动特性明显区别于无波浪工况;随波浪边界运动,迎风角处剪切层方向相比于梁底转折角处（8°风攻角）及梁顶转折角处（-8°风攻角）剪切层方向变化明显;在运动孤立波浪边界干扰下,箱梁抖振响应会随风攻角幅值增大呈增大趋势.     

y+值对MIRA模型气动参数计算精度的影响

为研究量纲为1的参数y+值对车辆气动参数计算精度的影响, 以阶梯背MIRA模型为基础, 在保证模型网格数量与质量相近的情况下调整近壁网格尺寸, 构建不同y+值的流场仿真模型; 考虑到不同的湍流模型对车辆外流场仿真的y+值具有不同的适用范围, 选取SST κ-ω和LES两种常用的湍流模型对阶梯背MIRA模型外流场进行稳态和非稳态仿真分析; 将气动参数仿真结果与试验结果进行对比分析, 得出合适的y+值取值范围; 结合仿真速度云图和车身表面受力曲线分析了边界层首层网格厚度对仿真精度的影响; 建立了方背MIRA模型在2种湍流模型下的外流场仿真模型, 进行不同流速下气动参数的计算, 从而对y+值取值范围进行验证。研究结果表明: 针对车辆外流场数值仿真, 采用SST κ-ω模型时对应的合适平均y+值取值范围为20~50, 而采用LES模型时对应的合适平均y+值取值范围为5~10;当边界层首层近壁网格厚度过大时, 数值仿真无法准确捕捉边界层中速度梯度的变化, 造成边界层流场流动信息丢失, 而当边界层首层近壁网格厚度过小时, 边界层网格会严重畸变, 2种情况下气动参数计算误差都超过5%, 从而影响车辆外流场数值仿真精度; 根据所获得的y+值取值范围, 方背MIRA模型计算的气动参数误差小于5%, 说明了2种湍流模型平均y+值取值范围的正确性。      

船模过驳波浪运动检测试验研究

利用研究构建的船舶波浪运动检测系统和检测数据处理及有效积分的方法,在波浪试验室进行了船模过驳波浪运动试验,并对试验数据进行了分析处理.分析指出,舰船过驳时应在迎浪的情况下进行,并且应适当调整两船相对波浪的位置,尽量使两船的波浪运动相位同步.     

基于模糊神经网络的穿浪双体船摇荡运动预报

根据穿浪双体船船型特点与实际海况,针对船舶运动特点,基于切片理论建立并计算船舶运动模型方程,结合模糊神经网络建立运动模型,提出一种线性神经网络结构,有效地解决非线性问题并预报各方向上的摇荡运动.通过一个具体算例模拟仿真验证该方法的实用性和可靠性.     

CFD技术在螺旋桨敞水性能预报中的应用

阐述了螺旋桨粘性流场中敞水性能预报的步骤和方法.包括螺旋桨二维型值转为三维型值的计算方法、螺旋桨三维建模中的注意事项、计算域的选取、网格划分方法、边界条件设置方法等.以某定距桨为例,通过分块划分混合型网格,采用CFX软件预报了桨的敞水特性,计算值与试验值比较,能够取得较高的计算精度,基本满足工程使用的需要,从而验证了该方法的可行性和适用性.     

某双体船连接桥抨击强度的校核

围绕连接桥的结构强度,对双体船连接桥进行抨击校核,使用有限元方法,以实例的形式对沿海双体船连接桥抨击计算进行描述,对于连接桥的设计和建造提供理论支持。     

基于网格变形技术的全附体潜艇操纵性计算

通过求解瞬态雷诺时均方程和网格变形方程,实现了全附体潜艇平面运动机构试验(PMM)的虚拟仿真,得到潜艇模型所受的水动力分量随时间的变化曲线,依据线性理论求取水动力系数,并与试验值以及直线拖曳试验或回转试验的数值计算结果进行对比.结果显示:PMM数值试验所求得的水动力系数与试验值吻合良好,其中,惯性类系数求解精度较高,除个别系数外,误差都在8％以内.而粘性类系数求解精度不如直线拖曳试验(ORT)或回转试验(RAT)计算精度高,个别系数的计算误差超过了30％.但从数值试验的整体效果来看,PMM数值试验计算精度达到了工程应用的要求.     

滑行艇波浪中砰击压力极值研究

滑行艇在波浪中高速滑行时,会引起局部较大的砰击载荷和非常复杂的表面压力分布。为了在保证安全的前提下将装载能力和动力最大化,艇体初步设计时必须合理的估算使用海域可能出现的局部极限载荷大小,来调整艇体抗压能力,获取最优化设计。通过在规则和不规则波浪中的模型试验,测得艇体局部受到的砰击压力极值及特性。并引用简单有效的方法计算该值,与试验测量值吻合较好,证明该方法有一定的工程应用性。     

基于傅汝德-克雷洛夫力非线性法的规则波浪中船舶运动数学模型

为准确预报规则波浪中船舶的运动, 提出基于四叉树划分的自适应网格法, 以生成船舶瞬时湿表面, 在船舶瞬时湿表面上计算傅汝德-克雷洛夫(F-K)力与静恢复力; 对于与波面相交的面元, 由于F-K力在波面处剧烈波动, 采用四叉树划分法进一步细分面元; 基于线性理论, 采用瞬时自由面格林函数在船舶平均湿表面上计算扰动力; 为避免瞬时自由面格林函数在自由液面处剧烈波动产生严重数值误差, 舍去扰动势所满足边界积分方程中的水线项, 并对迎浪前进速度为傅汝德数0.2的WigleyⅠ型船舶进行数值计算。计算结果表明: 对低于瞬时波面以下的船体部分, F-K力非线性法所需面元数更少, 为细网格法的1/4~1/8;除不规则频率外, 舍去与未舍去水线项所得水动力系数与试验值的相对误差分别小于33.4%、54.8%, 因此, 舍去水线项所得水动力系数更接近试验结果; 当入射波波幅为0.018 m, 波长与船长比为1.25时, 采用F-K力非线性法与线性法所得纵摇幅值响应因子的计算结果分别比试验值低3.2%、17.0%, 波长与船长比为2.00时, 采用F-K力非线性法与线性法所得纵摇幅值响应因子的计算结果分别比试验值低6.7%、13.5%, 可见, 采用F-K力非线性法能够准确地仿真规则波浪中船舶的运动。      

刚性非淹没植物对孤立波传播影响的三维数值研究

通过使用OpenFOAM模拟三维数值波浪水槽,研究了刚性非淹没植物对孤立波传播的影响.观测孤立波通过刚性非淹没植物模型前、后波高的变化,并对比模型前、后两处浪高仪位置波面历时曲线的模拟值和实验值,验证了数值计算的可靠性.计算并比较了波浪反射、透射及波能耗散等相关系数的实验值和模拟值,分析了相同初始条件下孤立波通过不同植物密度和布置形式的刚性非淹没植物时水动力特性的沿程变化,从而得到了设计的工况中刚性非淹没植物在极端波况下的消浪效果.模拟结果也表明OpenFOAM能够较好地应用于三维数值波浪水槽的相关研究.     

高速无人滑行艇静水阻力性能数值预报方法研究

针对无人滑行艇静水直航运动姿态变化显著的特点,基于RANS方程与重叠网格技术,提出了阻力及艇体姿态的预报方法.以某深V型滑行艇为研究对象,基于Star-CCM+软件平台,开展体积弗劳德数FrΔ从0. 96到4. 8范围的直航数值模拟.将数值模拟结果与船模试验值进行对比,在滑行艇起滑前阻力值与姿态误差小于5%,起滑后误差值小于8%,在工程误差允许的范围内.该方法可以有效的预报高速无人滑行艇的静水直航性能.     

基于高精度Boussinesq方程模拟垂直挡板波浪爬升现象

基于高精度速度势Boussinesq方程建立了三维数值波浪水池。在造波区域采用流函数理论生成线性及非线性波浪,消波区域采用人工阻尼函数进行消波。数值水池试验区段采用有限差分方法计算Boussinesq方程中空间导数,并基于四阶龙格库塔方法进行时间步进模拟波浪传播和衍化过程。本文对波浪传播至垂直挡板后反射叠加过程进行数值模拟并与文献结果进行对比验证分析。数值计算结果表明波浪的非线性对于爬升高度具有显著影响。     

双体船多重组合模型系列试验研究

按相拟模型试验原理，以宋都号等３艘实船为母型设计的双体船多重组合结构模型，进行多工况试验，对试验应力分布规律作了综合分析，并对双体船结构设计提出了若干改进建议。     

高速集装箱船舶在海浪中的安全性研究

理论计算方法预报高速集船舶在波浪中的运动规律，讨论船速，波浪 遭遇角及波浪周期对船舶产生剧烈运动的影响和导致高速船在斜浪航行中经以大的横摇运动的原因根据研究，提出确保高速集装箱船舶在海浪中安全航行的具体措施。     

海上浮式结构物的模糊运动响应分析初探

为进一步客观反映海上浮式结构在波浪中的运动响应,对其进行不确定性分析特别是模糊运动响应分析是十分必要的。运用模糊统计方法,并结合试验分析了波浪载荷及系泊约束的模糊性,对系泊结构的系统模糊性进行了初步描述,推导了相应的模糊运动方程。研究表明,模糊性因素的存在,按传统的确定性算法难以准确反映结构的真实受力及运动情况,先将波浪载荷等输入模糊化后再求解方程并结合试验数据综合确定系统的受力和运动,这是目前较有效的改进方法。     

河口海岸波浪谱模型中考虑绕射效应方法的比较

讨论了两种河口海岸波浪谱模型WABED和SWAN中考虑绕射效应方法的差异,采用WABED模型计算了垂直入射波浪在无限长双防波堤口门内和椭圆形浅滩地形上的传播与变形,计算结果与物模实验数据、SWAN模型的计算结果以及Sommerfeld理论解进行了对比分析.分析结果表明,这两种方法都能够有效地计算波浪绕射,WABED模型能更好地模拟绕射强度较大的算例.