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。     

两种尾部附体在过渡型船舶上的对比研究

为了研究阻流板和压浪板在过渡型船舶上的适配性,对某过渡型船舶进行了安装节能附体前后的阻力试验及数值研究。探讨了压浪板下反角α=5°,10°以及15°时的船舶水动力性能,并结合前期的阻流板研究成果,对两种附体的适配性进行了对比研究。结果表明:STAR-CCM+可以对船舶阻力进行准确预报,并能较好地捕捉方尾船的尾流场特征;0.334≤Fr≤0.584时,压浪板(10°)能够使船模阻力平均降低6.54%,其中Fr=0.4时,减阻率最高可达8.61%。压浪板(10°)对船舶尾流场的改善更加显著,但其附体阻力要高于阻流板(Z2);综合结果:当Fr≤0.5时,压浪板(10°)的减阻效果更好;当Fr0.5时,阻流板(Z2)的减阻效果更优。     

船模阻力数值水池试验不确定度评估

文章针对水面船模阻力数值水池试验,开展了不确定度分析与评估研究。不确定度分析中,验证方法和流程基于正交设计和方差分析方法,确认方法和流程基于统计推断理论。以水面船标模DTMB5415为对象,进行了船模阻力数值水池试验不确定度分析评估的实例计算,给出了对数值试验结果有重要影响的试验因素和交互作用以及各类不确定度分量的大小,并提出了降低船模阻力数值试验不确定度的建议。     

基于SPIV的压浪板对DTMB5415船模尾流场影响的试验研究

以DTMB5415船模为研究对象,基于体视粒子图像测速技术(Stereoscopic Particle Image Velocimetry,SPIV)对压浪板安装前后的船模伴流场及尾流场中多个截面进行测量。PIV测量对船体边界层内流动进行了很好的捕捉,与国际上公开的相关流场信息具有较高的吻合度,补充了DTMB5415基准船模的流场数据库。压浪板的安装会降低桨盘面速度,且压浪板的影响会随着船舶航速的增大而增大,在Fr数为0.28和0.41时,桨盘面平均速度分别降低了0.77%和1.45%。此外,压浪板对流场测点的影响随着距离的减小而增大,在X/L_(PP)为0.95、0.97和0.99这三个截面上的平均无量纲轴向速度分别降低了0.009、0.027 3和0.045 9。     

基于SPH流体仿真的船模阻力试验过程的虚拟展现

通过求解RANS方程计算船体周围粘性边界层,同时结合VOF方法处理自由表面,能够获得带自由表面的船体周围稳态粘性流场,但是难于比拟拖曳水池模型试验得到连续变化的流场,该文提出采用SPH流体仿真方法模拟船模阻力试验中自由表面及流场的生成与演化,并借助三维交互式图形显示技术实现试验过程的虚拟展现,最后以DTMB 5415船模试验加以例证。     

基于高速三体船阻力性能的压浪板参数敏感性分析

为了研究不同外形和安装位置的压浪板对高速三体船阻力的影响，选取了展长B、弦长L、安装角度θ、主体安装高度H及侧体安装高度h等5个代表性参数，通过正交试验设计出16种参数组合，采用基于雷诺时均方法的SST k-ω湍流模型对加装不同压浪板的三体船静水航行过程进行数值模拟并验证模拟的准确性，极差分析得出5个参数对总阻力系数的影响顺序为H>h>B>L>θ。对较优参数组合压浪板进行多航速模拟，并监测静水阻力、纵倾、艉下沉、自由液面及船底压力等数据，分析压浪板减阻和改变航行姿态的原因，发现减阻效果随着航速的增大而逐渐明显，傅汝德数Fr为0.598时减阻率可达12.69%。     

基于STAR＿CCM+对5415船模的阻力研究

基于STAR_CCM+软件对5415船模的运动进行数值仿真,获得船模在静水中航行时阻力随航速的变化规律,把所得仿真数值结果与现有的试验值进行对比,并给出船体周围流场信息,验证STAR_CCM+对该船型在静水中数值模拟以及阻力性能预报的有效性。     

船舶低频纯横荡及纯首摇运动数值仿真与分析

以船舶操纵水动力预报为研究背景,利用商用软件Fine/Marine对DTMB5415进行了低频纯横荡及纯首摇运动数值仿真研究。以纯横荡运动幅值为0.064 m试验数据为基准,通过对比不同边界条件设置及其对计算结果的影响分析,得到随体坐标系下船模受到的侧向力及转首力矩,并将仿真计算结果与船模试验结果进行对比,获得较好的参数设置。以该设置参数及边界条件为依据进行后续的纯横荡运动及纯首摇运动数值仿真计算,得到船模所受侧向力及转首力矩。     

船舶低频纯横荡及纯首摇运动数值仿真与分析

以船舶操纵水动力预报为研究背景,利用商用软件Fine/Marine对DTMB5415进行了低频纯横荡及纯首摇运动数值仿真研究。以纯横荡运动幅值为0.064 m试验数据为基准,通过对比不同边界条件设置及其对计算结果的影响分析,得到随体坐标系下船模受到的侧向力及转首力矩,并将仿真计算结果与船模试验结果进行对比,获得较好的参数设置。以该设置参数及边界条件为依据进行后续的纯横荡运动及纯首摇运动数值仿真计算,得到船模所受侧向力及转首力矩。     

高速深V型船新型艏部减阻附体方案设计及模型试验研究

为探索研究高速深V型船新型减阻技术,针对高速深V船型艏部兴波的产生原因及兴波阻力的产生机理,提出了一种压抑船艏兴波以减小兴波阻力的减阻思路,获得了一种新型的船艏抑波减阻附体方法。以某具体的高速深V型船为对象,通过CFD数值模拟进行了目标航速下的抑波减阻附体的设计,在此基础上,利用高速船模拖曳水池进一步开展了深V型船艏部减阻附体方案效果的验证试验。结果表明,所设计的抑波减阻附体在水线长4.24m的船模上实现了目标航速(弗劳德数0.447)下总阻力减小6.67%、剩余阻力减小15.7%的效果,在实船尺度下该抑波减阻技术的减阻效果进一步增大。     

船舶在长峰不规则波中顶浪纵向运动的数值模拟

结合已有的耐波性研究成果,在基于粘性流理论,运用CFD方法成功构建长峰不规则波数值波浪水池的基础上,选择国际船模试验水池会议(ITTC)推荐瘦削型标准船模DTMB 5512作为试验对象,对船舶在长峰不规则波中纵向运动进行数值模拟,将数值模拟结果与势流理论计算结果进行比对,效果良好。     

加装节能导管的典型散货船自航CFD模拟与节能评估

节能效果的准确预报评估,对于船舶加装水动力节能装置而言非常重要。该文以国际标模JBC为对象,开展典型散货船加装节能导管的CFD计算分析研究：首先,开展了不同湍流模型、不同网格下带与不带节能导管的船模阻力数值计算,并对尾流场模拟结果进行了分析;然后,基于对船模阻力、流场计算结果的分析,选取了标准k-ε 和RNG k-ε 2种湍流模型开展了船模自航的CFD模拟;最后,基于自航模拟结果预报了加装节能导管的节能效果,与模型试验结果相当接近。研究表明,文中的CFD计算方法可以用于肥大型船舶加装节能导管的节能效果预报评估。     

过渡型艇微气泡减阻喷缝尺度影响数值计算(英文)

针对一优良过渡型艇,为喷气需要进行船底断阶,采用有限体积法、SIMPLEC算法和k-ε两方程湍流模型,不计自由面影响,计及气泡与水的相对运动,数值求解包含气液两相流的雷诺平均控制方程组。获得不同喷缝宽度、不同傅汝德数和相对喷气速度下的船舶的阻力特性和气泡浓度分布规律并与模型实验结果进行对比分析。结果显示:在获得高减阻率条件下,Cn随Fr增加而呈非线性增加,当Fr=0.779时,Cn达到最大值;在获得25%减阻率的条件下,Fr=0.973时相对喷缝宽度为0.112所需喷气量最小即喷气所消耗功率最小。计算结果可为高速气泡船喷缝参数设计提供参考。     

B/T参数对双桨大长宽比超肥大船型阻力性能的影响

为了解决双桨大长宽比超肥大船型有效功率的定量预报,作者在母型优化的基础上,将影响船舶阻力性能的重要参数B/T在优秀母型船B/T参数附近作小范围变化,进行了B/T系列船模试验,探讨B/T参数变化对该船型阻力性能的影响.通过三条船模,每一条船模3个不同排水量的系列船模静水阻力试验,给出了船型参数B/T=2.8～3.8常用范围的双桨大长宽比超肥大船型剩余阻力系数图谱和剩余阻力修正系数图谱,供设计部门使用.     

中高速舰船超大型球鼻艏设计

球鼻艏减阻的机理至今尚未完全清晰,开展基于圆球型球鼻艏构型对兴波阻力影响机理的研究,对揭示球鼻艏的减阻机理,充分发挥球鼻艏对水面舰船的消波减阻效果具有基础性的重要意义。针对DTMB 5415船型,利用CFD计算软件STAR-CCM,分析前伸出球鼻艏主要构型参数对兴波阻力的影响及其机制。设置几组前伸出球鼻艏,其主要构型参数的前伸量与半径各异,结合采用已知试验数据和CFD计算数据分析阻力的变化规律,以及球鼻艏减阻的机理。结果表明,在特定的傅汝德数条件下,球鼻艏纵向位置和半径对兴波阻力的影响较为显著。     

船用梯形微沟槽表面减阻效应的仿真分析与实验验证

基于微沟槽减阻机理,采用改变船体表面微结构形貌尺寸的方法,以期降低船舶运行中的航行阻力,提高船舶航行效率,节约能源。利用流体软件FLUENT对梯形肋条和梯形沟槽两种微结构表面流场进行模拟仿真,分析了沟槽深宽比h/d1的减阻效果。仿真结果表明,对于梯形肋条,在h/d1时均具有减阻效果,当h/d为0.45时减阻效果最好;对于梯形沟槽,当h/d为0.30、0.36时表现为增阻,h/d为0.45、0.60、0.75时表现为减阻,其中当h/d为0.60时的减阻效果最好。为了验证模拟计算的规律,进行了阻力冲刷实验,实验结果与模拟计算结果的对比分析表明模拟计算与实验结论一致。     

静水中自由船模拖曳CFD模拟方法研究

基于BANS方程结合VOF处理自由面,建立了自由船模拖曳的数值模拟方法,并用于数条水面船模阻力的数值计算.数值模拟结果与模型试验的比较表明:在全Fr范围内,阻力数值计算结果与模型试验相差2%～3%之内,较拘束模计算准确度大为提高;兴波计算结果同样有明显改善;船模姿态的计算结果与模型试验也比较接近.建议在进行中高速水面船自由面绕流问题的数值计算时,使用自由模方法模拟.     

阻流板对规则波中船舶阻力及运动特性影响研究

[目的]旨在分析阻流板对规则波中船舶阻力及运动特性的影响。[方法]以一条半排水型方尾船为研究对象,基于RANS方法并结合重叠网格技术进行阻流板安装前后船舶在规则波中的阻力与运动特性数值仿真,总结船舶阻力、姿态与运动响应随波长与航速的变化规律。[结果]结果表明：阻流板在规则波中的减阻率比静水减阻率大1.03%～2.43%;阻流板对垂荡和纵摇传递函数的影响随着波长的增大而变大,λ=2LPP工况下的垂荡传递函数TF3和纵摇传递函数TF5平均降低了3.5%和1.4%;当船舶出现甲板上浪时,阻流板可使TF3和TF5的降低率分别达到9%和3%。[结论]研究方法与研究成果可为船舶节能装置设计与性能预报提供技术参考。     

两相流相互作用下的船模微气泡减阻性能数值仿真

基于两相流理论,对集装箱船船模进行微气泡减阻性能数值仿真研究。分析船模在不同喷气口位置、不同流体含气率、不同喷射速度和不同喷射角度下的流场分布和减阻效果。结果表明:当流体内的微气泡含量过高时,会增大船体的摩擦阻力,流体的含气率为10%～20%时有较好的减阻效果,喷气口在距离球鼻艏后缘约1/3船长附近具有较高的空气覆盖率,喷气口喷气方向垂直向下产生的减阻效果比喷气方向偏向船侧产生的减阻效果要好,且船速较高时可允许含气率较高的流体注入流场并增大减阻效果。     

两相流相互作用下的船模微气泡减阻性能数值仿真

基于两相流理论,对集装箱船船模进行微气泡减阻性能数值仿真研究。分析船模在不同喷气口位置、流体含气率、不同喷射速度和角度下的流场分布和减阻效果。结果表明：当流体微气泡含量过高时,会增大船体摩擦阻力,流体含气率为10%~20%时,有较好的减阻效果,喷气口位置在距离球鼻艏后缘约三分之一船长附近具有较高的空气覆盖率,喷气口喷气方向垂直向下所产生的减阻效果比喷气方向偏向船侧效果要好,且船速较高时可允许较高含气率流体注入流场并增大减阻效果。