海洋科考船艏部线型设计

以3艘海洋科考船为研究对象,采用CFD软件模拟不同艏部线型在经济航速和最大航速下艏部兴波波形和自由液面气泡沿船体曲面下泄轨迹.计算结果表明,球鼻艏线型可明显降低船首兴波波峰高度;安装导流罩可以解决船底宽度不满足多波束设备宽度的问题,但同时会增加船舶阻力并产生紊流;采用一体化隐式球艏线型有较好的兴波阻力性能同时兼顾较强的防气泡能力.     

航行气垫船激励均匀水深浮冰层位移响应的数值模拟

在均匀水深条件下,基于 ALE算法对匀速航行气垫船激励浮冰层的位移响应问题进行数值模拟。计算不同气垫船速度和河道岸壁宽度条件下的冰层位移响应,获得对应于冰层最大垂向位移变形情况下的气垫船临界速度。计算结果与理论解和试验结果符合良好,验证计算方法的有效性。计算结果表明：在临界速度时冰层下陷位移达到最大,而河道岸壁的存在将会使临界速度减小。     

航行气垫船激励均匀水深浮冰层位移响应的数值模拟

在均匀水深条件下,基于ALE算法对匀速航行气垫船激励浮冰层的位移响应问题进行数值模拟。计算不同气垫船速度和河道岸壁宽度条件下的冰层位移响应,获得对应于冰层最大垂向位移变形情况下的气垫船临界速度。计算结果与理论解和试验结果符合良好,验证计算方法的有效性。计算结果表明:在临界速度时冰层下陷位移达到最大,而河道岸壁的存在将会使临界速度减小。     

一种数值求解船体兴波阻力的三因次RANS方法

文章根据船体阻力成因和分类提出一种基于三因次RANS求解船体兴波阻力的数值计算方法,与基于势流理论的Rankine源法和EFD法相比较,结果表明此方法得到的兴波阻力数值精度高于Rankine源法,与EFD法吻合较好,形状因子(1+K)值在不同傅汝德数下存在略微差异,船首和两侧的自由面波峰值大于Rankine源法所得值,波谷值却相反,自由面波形变化趋势与Rankine源法吻合一致,随着傅汝德数增加开尔文波系愈发明显且波峰后移,计算方法具有实用性。     

基于RANS法和边界层理论预报三维船体阻力

基于船体阻力成因和分类,应用二因次RANS法并结合EFD技术为研究手段,研究了船体各阻力成分和兴波波形,考虑边界层第一层网格高度对数值计算结果的影响,通过数值模拟计算和兴波波形比较,分析表明第一层网格无量纲高度y+值充分影响数值结果精度,总阻力在高傅汝德数下其数值误差有增大趋势,同一航速下摩擦阻力值随y+增加略微增大,剩余阻力值却明显减少,且自由面兴波随傅汝德数增大首部波高愈发明显,船中及尾部区域兴波向外扩散,船首尾肩部开尔文波系明显且波峰后移,其趋势与EFD波形一致,具有实用性。     

不同船首构型的冰区邮轮破冰性能研究

由于冰区邮轮航域的特殊性,冰区邮轮仍需具备一定的破冰性能,开展船首构型对破冰性能的影响研究对冰区的船型开发具有重要的工程指导意义。本文通过建立不同船首构型的冰区邮轮模型,采用ALE方法数值模拟各船型在冰区中以恒定航速连续式破冰前行的运动场景,分析研究不同船首构型的冰区邮轮破冰性能差异。研究结果表明：在船首倾角20°～30°范围内,船体所受的冰阻力先随着船首倾角的增加而降低,在22.5°时达到最低,之后随着船首倾角的增加而逐渐增大;首倾角为22.5°的ModelⅡ船型在破冰航行过程中,船首应变区域最小,因碰撞产生断裂的冰块尺寸更小,从而降低了该船型的冰阻力,其破冰性能在5种对比船型方案中最为优异。     

两船在静水中的兴波干扰数值计算

使用VOF方法计算两排水量相当的船型在静水中兴波的水动力干扰,计算时采用两型值一样的Wigley船作为对象,湍流模式选择了RNG k-ε模型。在模拟计算时,变化两船的航速以及两船的间距,得到不同状态下的兴波波形。将得到的波形加以比较分析,进而得出兴波值最大的位置。低速时兴波最大值出现在距船首1/3船长左右的位置,高速时兴波最大值出现在距船首2/3船长左右的位置。将计算结果与实验结果相比较,令人比较满意,证明这种算法是很有效的,为以后的较为复杂的船型两船干扰模拟计算提供了一些参考。     

限制水域船舶升沉与纵倾研究

基于非线性浅水波理论,利用有限差分法对Wigley、泰勒系列60等船型的压力分布及升沉与纵倾进行了数值计算与结果验证,并进一步考虑限制水域阻塞效应影响,计算了四种阻塞系数下船舶的升沉与纵倾随水深弗劳德数的变化曲线,综合分析了亚临界、超临界航速下阻塞效应对船体升沉与纵倾的影响特点。在亚临界航速时,主要发生船体下沉现象,随着航速增大,阻塞效应将引起船体更大下沉;在超临界航速时,主要发生船体纵倾现象,随着航速增大,船舶升沉与纵倾逐渐趋于稳定;在近临界航速时,阻塞效应影响最大,使得船体周围压力变化复杂,反而引起船体纵倾变小,且出现上升现象。     

非线性立波作用下砂质海床动力响应及液化研究

利用傅立叶级数近似法求解非线性立波作用下海床表面波压力,基于波浪作用下海床动力响应的二维准静态模型以及液化判定标准,模拟非线性立波作用下海床动力响应以及液化深度。线性与非线性立波计算结果比较表明:当相对水深较大时,非线性立波波峰处波压力出现双峰,波谷处的波压力明显大于线性立波波谷处波压力;海床中孔隙水压力在波峰时也表现出双峰型特性,且波谷时的海床压力增大;在相同波浪条件下,非线性立波作用下海床更易液化,且液化深度大于线性立波作用下液化深度。     

18000t半潜船船首下水技术

18000t半潜船尾呆木量宽处仅为1．6m ,以船首下水的方式下水，在船首起浮时呆木和下水横梁随力的压力很大。我们较好地计算出呆木此时承受的压力，以指导呆木的局部结构加强和它底下的下水槽梁制作，是保证本船船首下水安全的关键技术。     

基于STAR-CCM+的空投气垫船静水阻力特性研究

通过CATIA建立空投气垫船的三维模型,利用STAR-CCM+计算流体软件对空投气垫船的流场进行数值模拟,采用重叠网格策略对虚拟拖曳池流场进行网格划分,且由于空投气垫船在航行过程中涉及到空气和水介质,因此在模拟中选择多相流和VOF模型用来模拟自由界面。计算该模型在静水中不同航速下的兴波、水气两相分布情况及总阻力等水动力性能的变化规律,验证了STAR-CCM+平台对空投气垫船静水航行状态以及总阻力数值模拟的可靠性和有效性。     

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.     

浅水航道舰船水压场理论解及其计算

基于浅水波动势流理论,建立亚临界航速和线性跨临界航速浅水波动控制方程。基于薄船假定,利用傅里叶积分变换法获得浅水航道舰船水压场理论解。通过数值求解,分析舰船航速、水深、航道宽度、色散效应对舰船水压场特性的影响,并与源汇分布法计算结果进行对比,验证所建立的浅水航道舰船水压场数学模型和计算方法的正确性与有效性。     

潜艇近水面航行自由液面干扰效应数值研究

针对潜艇近水面航行艇体水动力呈现显著变化的问题,本文在验证数值计算方法可行性的基础上,开展不同潜深及航速下潜艇粘性流场的数值模拟,获取艇体阻力、垂向力及纵倾力矩随水深及航速的变化规律。模拟结果表明:潜深是影响潜艇近水面与深水状态水动力性能差异的决定性因素,当潜深与艇体直径的比值H/D≤1.3时,近水面效应显著;而当H/D≥2.9时,可认为潜艇水动力性能与深水状态无显著差异;近自由液面条件下(H/D≤1.3),潜艇所受阻力及垂向力系数随航速的增大均呈现明显波动现象,这主要是由于自由面的兴波干扰使得艇体表面压力变化所引起。     

一种撬冰式破冰艏设计及静水阻力计算

基于近年来对X型艏与撬冰式船首的研究,设计一种能够兼顾无冰水域阻力特性的新型撬冰式破冰艏。通过数值模拟计算两型主尺度相同但分别具有新型破冰艏与传统球鼻艏的海工辅助船的静水阻力,并进行对比以及通过船模试验进行验证。结果表明,具有新型破冰艏的船舶在设计航速下的阻力更小,为破冰船静水阻力性能与破冰性能无法同时兼顾的问题提供了新的解决思路。     

船首形状对船-冰碰撞性能的影响研究

基于冰的各向同性弹性断裂模型,分别以船首的初速度和冰的厚度为变量,采用LS-DYNA非线性有限元软件对不同船首形状与冰排碰撞问题展开数值模拟研究。研究结果表明,不同形状船首在相同工况下其破冰距离、受到的冰载荷以及能量变化有显著差异。前倾首、飞剪首的破冰能力比直立首、球鼻首强,随着船首初速度的增大、冰厚的增加,飞剪首的破冰能力逐步好于前倾首,球鼻首的破冰能力逐步好于直立首。本文研究对于航行于季节性冰区的船舶具有一定的指导意义。     

基于响应面的渔船球鼻艏参数分析及多航速自动优化

远洋金枪鱼围网渔船是一种中、高速的作业型船舶,加装球鼻艏并进行优化可以有效降低其兴波阻力。通过一种改造型值的球鼻艏变换方法,由球鼻艏的长度、宽度、高度及尖点高度参数直接生成用于CFD计算的船体型值,可以快速探讨球鼻艏对兴波阻力的影响。兴波阻力的计算采用Rankine源势流理论,运用试验设计方法生成球鼻艏参数对兴波阻力影响的响应面模型。该模型表明,各参数的影响是复杂且耦合的,难以呈现单调的规律性,且在不同航速下其影响规律也有差异。优化球鼻艏的过程选用结合响应面的快速优化方法,通过优化,发现传统的对单一设计航速的优化可能会出现在较低的服务航速下阻力增加的情形,而采用多个航速的阻力优化方法则在设计航速与服务航速下同时具有减阻节能效果。     

航道碎冰条件下极地船舶冰压力分布特性

[目的]为研究船舶与碎冰作用过程中船体冰压力的分布情况,对航道碎冰条件下的极地船舶进行数值模拟分析。[方法]采用离散元法（DEM）对船舶与碎冰进行建模,假设碎冰是由理想的二维圆盘构成,并考虑海流对碎冰单元的浮力、拖曳力及附加质量的影响;利用MT Uikku号冰水池模型试验结果对数值模型进行验证,对比分析不同航速和冰况对船体区域冰压力的影响。[结果]结果显示,当船舶在航道碎冰中运动时,冰载荷主要集中在船首;船首区域的冰压力随冰厚、航速和碎冰密集度的增加而增大,其中冰厚是影响冰压力幅值最大的因素;碎冰区航行船舶的首部区域冰压力影响最大,船首过渡区冰压力影响显著。[结论]所提数值分析方法可为极地船舶安全航行和结构设计提供一定的参考。     

冰层对混凝土面板堆石坝的影响

为研究水库结冰对混凝土面板堆石坝的影响,本文选取正常蓄水位、死水位和中间水位三种蓄水位进行模拟分析,表明随水位下降,冰层位移对坝踵处面板的影响呈现逐渐增大的趋势,但面板混凝土的抗拉强度全周期都大于面板应力;冰层作用位置处若冰层位移大于0.070m,则面板的最大主应力大于面板混凝土的极限抗拉强度。     

水深对三体船运动和波浪载荷的影响

利用三维势流理论和简单格林函数计算了迎浪航行时不同航速和不同水深组合下的波浪运动响应和载荷传递函数,研究不同水深和航速组合对三体船的波浪运动响应和波浪载荷的影响,并对船舯垂向弯矩和舯后1/4船长处剪力进行了长期预报.将预报值与规范值进行比较,结果令人满意.计算结果表明三体船在不同水深下航行时,水深对其运动响应和波浪载荷都会产生显著影响.