基于SDM方法的船艉伴流场尺度效应研究与修正

以KCS为研究对象,利用CFD计算软件STAR-CCM+,计算不同尺度下KCS船伴流场的分布情况,分析尺度效应对船舶伴流场的影响。为修正由尺度效应引起的模型尺度与实尺度船模船艉标称伴流场的误差,借鉴智能假体模型(SDM)的概念,并通过软件Friendship中的Framework模块对原模型的艉部进行修改,讨论不同收缩程度的艉部变形对修正伴流场尺度效应的作用。结果表明:SDM方法对修正伴流场尺度效应的作用效果明显,且通过模型尺寸的收缩变形基本可以达到目标伴流场的伴流分布形式。     

艇模水下伴流测量方法试验

对某艇模进行水下快速性试验,分析得到其自航状态下的实效伴流分数,采用三维伴流测试系统对其艉流场进行伴流测量,得到其标称伴流及三向伴流分布。结果表明,艇模桨盘面处伴流以轴向伴流为主,内半径在艉舵之间产生了范围较大的轴向高伴流区,而外半径在舵后产生了范围较小的小伴流峰,且由于螺旋桨的抽吸作用,导致桨盘面处流速增大,因而实效伴流小于标称伴流。     

沿岸航行肥大型船舶的流场偏移特性研究

以国际标准油船KVLCC2为研究对象,基于RANS方程,对其沿岸航行时在浅水与岸壁效应联合作用下船体周围黏性流场的变化特性进行数值模拟.对网格无关性和湍流模型进行验证,并将水动力和流场计算结果与试验值相对比,以验证数值方法的可行性.改变水深、船-岸距离和航速3个参数,计算对比周围流场的变化、船体表面压力的变化和伴流分数的变化,重点分析船尾伴流的偏移特性,给出桨盘处伴流分数的变化趋势和平均值.研究结果表明,随着水深和船-岸距离的减小,桨盘处伴流分数沿周向的分布呈不对称性;水深和船-岸距离同时减小会使桨盘处流场向岸壁偏移更明显;航速变化对流场偏移的影响较小.     

四桨船舶内外桨负荷差尺度效应分析

为了研究四桨船舶内外桨负荷差尺度效应的影响,探讨不同缩尺比内外桨负荷差变化规律。以某四桨船舶为研究对象,基于RANS(Reynolds-averaged Navier-Stokes)方法,建立船桨一体计算模型,重点研究不同缩尺比下内外桨负荷差异和伴流场差异。数值计算结果表明,随着计算船模尺度增大,内外桨负荷差逐渐增大,当达到某一缩尺比时内外桨负荷差受船模尺度影响变小:随着船模尺度增大,内外桨盘面伴流逐渐减小,但内外桨的伴流分数差逐渐增大,内外桨负荷差存在较大的尺度效应,螺旋桨和轴支架雷诺数均需大于临界雷诺数,以确保内外桨负荷差计算结果满足精度要求。     

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。     

DTMB 5415船绕流场数值研究

本文以DTMB 5415船为研究对象,应用基于URANS方法的CFD方法进行DTMB 5415船设计状态下船舶绕流场研究,其中湍流模型应用SST模型,自由液面捕捉应用VOF方法;应用CFD方法对船舶阻力性能、自由表面兴波、船舶螺旋桨盘面处的标称伴流场以及尾部轴向速度场等进行数值模拟与分析;将设计状态下DTMB 5415船绕流场数值模拟值与实验值对比,其船舶阻力、自由表面兴波、螺旋桨盘面标称伴流场等的良好吻合证明了网格与数值方法的正确性。本文还对船舶尾部不同截面绕流场边界层厚度以及整船边界层分布进行了研究且与实验值进行了对比。     

排水型船标称伴流的数值模拟与分析

本文分析了集装箱船和散货船的船舶阻力和标称伴流的性能。采用CFD方法比较网格分布模式和湍流模型等影响因素，并将计算结果与实验值进行了比较。通过分析三种网格方案和两种湍流模型的结果，得到计算标称伴流的最优方案。以某散货船的标称伴流为例进行计算，得到“钩状”伴流。同时，对“钩状”伴流产生的原因进行了较好的分析。预测结果表明：VOF两相流模型的船体阻力计算值与实验值有很好的一致性；集装箱船标称伴流场的轴向伴流、切向伴流与径向伴流的计算值与实验值吻合较好，变化趋势保持一致，验证了本方法设置的可行性。     

伴流分布对螺旋桨毂帽鳍节能效果的影响

基于CFD模拟与分析,考察船尾伴流分布对螺旋桨毂帽鳍节能效果的影响,并对敞水条件下设计的毂帽鳍进行适伴流优化.采用StarCCM+软件,分别在均匀来流以及KCS船尾伴流中进行螺旋桨毂帽鳍水动力性能的RANS模拟,比较毂帽鳍在不同来流场中的节能效果,并对节能机理进行了分析.针对KCS船实尺度伴流场,通过鳍片螺距角的改变,...     

轴支架双桨船附体阻力尺度效应数值分析

针对轴支架双桨船型,使用CFD软件NUMECA\FineMarine计算了不同尺度下的侧推孔、轴包套、轴支架的阻力增量,并分析了带轴支架船体的附体阻力、波形和伴流的尺度效应.结果表明:基于CFD的方法,通过改变模型长度研究轴支架双桨船附体的尺度效应是可行的;由于附体区域的局部雷诺数远小于船体雷诺数,当船体雷诺数>108之后,3个附体的阻力增量才基本稳定;为了减小尺度效应影响,轴支架双桨船模型试验的雷诺数应尽可能大些.     

沟槽面减阻效果影响因素及减阻机理的分析

采用雷诺平均N-S方程和RNG k-ε湍流模型计算V型沟槽面的湍流边界层流动和粘性阻力,研究了沟槽尖峰形状和雷诺数对减阻效果的影响规律,初步分析了沟槽面减阻机理.指出:沟槽尖峰处的圆角半径越小其减阻效果越好,沟槽斜面中下部的壁面应力随着圆角半径的减小而降低,但尖峰处的局部壁面应力会随之增大;来流速度对沟槽减阻率的影响很大,对于一种尺度的V型沟槽,存在着一个具有较好减阻效果的来流速度范围,而沟槽面在沿来流方向上的布置位置对减阻效果的影响非常小;沟槽尺度对减阻效果很剧烈;沟槽尖峰处生成的二次涡是产生减阻效果的根本原因,二次涡的强弱与沟槽减阻率的大小紧密相关.     

某滚装船双尾鳍型线综合优化研究

针对双尾鳍船型尾部型线难以优化的技术难题,该文以某一双尾鳍滚装船为研究对象,采用CFD方法,从伴流均匀度与阻力性能角度对双尾鳍线型进行优化,并以荷兰MARIN水池提出的伴流目标函数(WOF)与平均伴流分数(w)作为伴流均匀度的评判衡准,分析了尾轴以上0.8R处的尾鳍去流角、尾鳍导圆半径、桨盘与尾轴出口端的距离对船尾伴流场均匀度及阻力性能的影响.研究结果表明:在船型参数基本保持不变的情况下,尾鳍特征参数的改变会引起船尾伴流均匀度、平均伴流分数与阻力性能的变化,并通过对比分析,对双尾鳍型线进行优选.     

实效伴流雷诺数影响的数值模拟

本文用数值计算的方法模拟三维船舶尾流与螺旋桨之间的相互作用，计算在四个不同量级雷诺数值情况下的水动力性能，船浆干扰采用三维不可压ＲＡＮＳ方程、ｋ－ε湍流模型和升力面理论作为基本研究工具进行进行相互干扰和迭代来预报此复杂流场及其螺旋桨的水动力性能，比较四个不同量级雷诺数情况下实效伴注分布及实效伴流分数的计算值，初步探索实效伴流的雷诺数影响。     

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。     

螺旋桨低频流噪声模拟方法研究

针对DTMB P4119螺旋桨在进速比为0.833时的流噪声进行研究,探讨螺旋桨低频流噪声数值模拟方法。首先采用大涡模拟方法模拟螺旋桨的非稳态流场,然后求解K-FWH方程预测低频流噪声。将计算得到的推力系数和扭矩系数与实验值比较,验证流场模拟的正确性。从流场仿真结果可以看出,螺旋桨表面存在连续的涡脱落现象。声场计算的结果表明:离散噪声远大于宽带噪声;宽带噪声主要由螺旋桨表面的涡脱落引起,宽带噪声引起螺旋桨近场总声压级的周向波动;在同一半径处总声压级沿轴向逐渐减小,在同一平面内总声压级沿径向先增加后减小。     

基于欧拉方程的实效伴流计算

采用有限体积法计算螺旋桨与船尾的干扰流场,船尾流场采用欧拉方程进行求解,通过与螺旋桨性能计算程序相互迭代确定其实效伴流场。对桨盘处轴向伴流的计算表明,计算结果是合理的。     

螺旋桨空化尺度效应的试验研究

本文描述了空泡水筒中一种可减小由粘性引起的空泡尺度效应的有液方法。在Sydney-Ezpress模型螺旋桨吸力面导边处加上不同的粗糙度,观察了不同试验雷诺数下桨叶上的空泡形态和边界层流态,建立了在CSSRC空泡水简中进行模型桨空泡试验时减小尺度效应的方法。试验结果表明:当试验雷诺数Re_(0.7R)<1.84×10~6时,需在桨叶导边加粗糙粒子,并使粗糙度雷诺数Re_K>650,以减小空泡试验中由于粘性引起的尺度效应。     

雷诺数对潜艇粘压阻力和尾部伴流场影响的数值计算研究

采用数值计算方法对SUBOFF潜艇的主艇体模型和全附体模型在不同雷诺数条件下进行三维粘性流场数值模拟。将低雷诺数条件下的计算结果与试验结果进行比较,验证计算方法的可靠性;利用数值计算技术分析潜艇工程设计和试验中出现的问题,包括潜艇实艇阻力预报方法研究和雷诺数对潜艇尾部伴流场的影响研究。     

基于粘势耦合方法的空泡水筒阻塞效应数值模拟与分析

阻塞效应修正是提高空泡水筒水动力测量结果精度的重要措施。本文以上海交通大学新空泡水筒为研究对象,采用粘势耦合方法预报某7叶螺旋桨盘面处的实效伴流场,以此修正螺旋桨进速实现空泡水筒的阻塞效应修正。首先采用面元法对螺旋桨进行敞水预报,建立体积力模型将其力场插值到RANS网格中进行计算,得到桨盘面的实效伴流场。然后根据实效伴流分数归纳进速修正公式对螺旋桨推力和扭矩曲线进行修正,从而实现了空泡水筒到敞水结果的阻塞效应修正。结果表明,空泡水筒中计算的推力和扭矩曲线修正后与敞水中的计算吻合良好。     

浅水航道对标准船模KCS的影响研究

基于流体软件STAR-CCM+,应用欧拉多相流、VOF波、6-DOF等物理模型和K-Epsilon湍流模型,分析了不同水深条件下KCS船模的阻力及粘性绕流场的特性。通过改变数值水池水深,比较了深水状态与浅水状态下的阻力差异;分析了浅水中船舶周围的粘性绕流场分布情况。研究发现:随着水深减小,浅水效应对船体阻力的影响显著,流速增大,压力降低,船体下沉,吃水增加,阻力增大;船体兴波波幅增加明显,作用面扩大,兴波阻力增大。     

海上风电场桩基的水动力特性

海上风力发电机对风电场水域的水动力特性等有重要影响,基于Open FOAM软件,采用改进的RANS模型对单圆柱的流动特性进行二维数值模拟。在不同雷诺数条件下模拟圆柱绕流,并对升阻力系数和流场进行分析。结果表明:圆柱绕流阻力系数的变化基本上表现为陡然增大和骤然减小,且周期性不明显;不同雷诺数下的阻力系数的变化规律相似,且振幅基本上相同;升力系数在0附近周期性波动,幅值不是很稳定,不同雷诺数条件下的幅值变化规律不同,变化范围相同;不同时刻圆柱对水流特性的影响不同,风机基础和该结构前端的尾流结构均与时间有关。