两船干扰力测试系统开发

基于虚拟仪器技术和Labview软件平台,开发了两船干扰力测试系统,实现传感器数据的采集、实时显示、保存以及后续分析,系统可靠稳定;提出力传感器的"迭代标定方法",利用开发的系统对传感器数据进行采集分析,验证了该方法的有效性。     

浅水中会遇船舶水动力相互作用数值研究

浅水中邻近两船作相对运动产生的非定常水动力相互作用对于船舶的操纵性有重要影响.文章采用动网格技术,通过求解非定常RANS方程,选取RNG k-ε湍流模型,对两船在浅水中会遇的三维非定常粘性流场进行了数值模拟,计算了其水动力相互作用;通过将计算结果与试验数据进行对比,验证了文中方法的有效性.在此基础上,分析了船舶在整个会遇过程中的受力特性,指出了会遇过程中船舶容易失控和发生碰撞的阶段,并通过分别对不同的船间横向间距、水深、船速和船长情况下的船-船水动力相互作用进行计算和结果分析,得出了以上四种因素对船间水动力相互作用的影响规律.     

基于AQWA的旁靠油轮水动力相互作用研究

船舶旁靠系统的水动力响应是一个非常复杂的工程问题,系统中每一个结构的动力响应会受到其他结构的耦合影响。针对两旁靠FPSO和LNG运输船组成的旁靠系泊系统,基于三维势流理论,应用多体水动力学软件AQWA,在考虑两船间水动力相互作用的情况下,计算两旁靠船舶所受到的波浪载荷,并与不考虑两船水动力相互作用的计算结果进行对比分析。结果表明,旁靠系泊系统水动力相互作用是不可忽略的。同时也分析了不同旁靠间距对水动力性能的影响,结果发现旁靠间距只在中高频段时对水动力性能的影响较大。研究结果可为旁靠系统系泊方案的设计和研究提供一定的参考。     

波浪中两固定浮式结构窄缝间水动力干扰研究

随着船舶制造和运输行业的持续发展,单一的海洋浮式结构物已无法满足开发生产的实际需求,将面临更多有关于多浮体协同作业的问题。本文基于粘流理论以及计算流体力学(CFD)理论,并采用基于全六面体非结构化网格技术求解粘性雷诺数平均方程的自由液面捕捉法,利用较成熟的CFD商业软件FINE/Marine,对两固定浮式结构窄缝间的流场问题进行数值模拟,并通过观察窄缝间流场的波面升高,对比分析不同波浪周期(波浪频率)、不同窄缝间距对窄缝间流场的影响,并对窄缝间流场的水动力共振问题进行规律探索。最后,本文对不同模型参数的模拟结果进行对比探究。     

两浮体在波浪中二阶漂移力的三维方法研究

基于三维频域线性理论采用近场方法研究波浪中两浮体之间二阶漂移力（矩）的相互干扰,建立了两船相隔一定间距在波浪中运动的二阶漂移力（矩）的数学模型。经过数学换算,浮体的二阶漂移力（矩）可用人射速度势和扰动分布源简单表示。通过对固结的两船在横浪中的二阶横向漂移力及首摇漂移力矩的计算,得出结论与试验结果作比较,两者吻合度较好。     

Hydrodynamic interactions between two bodies in waves in 3D time domain

In this paper, a 3D time domain technique is adopted to calculate the coupled hydrodynamic interaction between two bodies without flare in waves. For verifying the code, two same cylinders are selected to calculate coupled hydrodynamic effects by comparison with the results obtained by 3D frequency method which has been proved to be efficient for solving such problems. In order to improve efficiency of calculation, the effect of history time has been discussed, and an improved method is presented. Moreover, the effect of lateral separation distance is also discussed in detail. The technique developed here may serve as a more rigorous tool to analyze the related transient problems of two ships doing underway replenishment in waves.     

粘性流场中船舶操纵水动力导数计算与验证

以软件Fluent作为仿真软件,应用其能够计算流体力学的特点,对操纵船舶的水动力进行预报。其方法为使用软件的动网格及后处理功能,计算出粘性流场中船舶在不同的状态以及在做不同运动时的水动力导数。首先根据船舶的运动状态计算出作用于船舶上的水动力力矩,然后对力矩进行曲线拟合,从而得到粘性流场中船舶操纵水动力导数。仿真计算结果表明,在不同运动状态下船舶的操纵水动力与次频率没有明显关联,所以该粘性流场中船舶操纵水动力导数计算方法完全可行。     

复杂水流环境下系泊船的水动力特性研究

为研究深水码头复杂水流条件下系泊船的水动力特性,利用CFD软件STAR-CCM+对系泊船模型的粘性流场进行瞬态数值模拟,通过求解RANS方程和Realizable k-ε湍流模型获得船舶水流作用力.在无波浪定常流作用下,系泊船姿态最终保持稳定,可用固定船舶近似代替系泊船进行模型简化.在完成网格无关性和数值模型合理性研究...     

基于浸没光滑有限元法的双圆柱体运动问题研究

本文采用浸没光滑有限元方法对二维流域内双圆柱体运动时的干扰问题进行研究.通过引入虚拟流体假设将流固耦合控制方程进行分解,采用新型光滑有限元方法离散固体运动方程,并用半隐式特征线分裂方法(CBS)求解不可压缩粘性流体N-S方程,流固相互作用力通过虚拟流体域进行计算.结果表明该方法能很好地模拟双体运动干扰作用及引起流场特性的变化.     

斜流中艇后螺旋桨水动力数值计算方法

为解决潜艇操纵性研究中螺旋桨水动力预报问题,本文应用Fluent软件对斜流条件下全附体潜艇模型艇后水动力进行计算。网格划分上将计算域分解为静止域与转动域2部分,2部分交界面采用滑移网格技术传递数据。选取适当的数值离散方法,分别计算0°攻角时不同进速下以及设计进速下不同攻角时艇后螺旋桨水动力的值,并通过与试验数据的对比验证算法的可靠性。计算结果表明,艇后螺旋桨推力和扭矩随着攻角的增大呈现出先减小后增大的趋势。     

潜艇格子板流激振动水动力分析

采用水动力学方法对潜艇格子板流激振动的水动力进行了初步分析,提出了一种直接求解格子板上流场速度势分布的简易方法,编制了相应的计算程序,结果表明,本文提出的方法具有较高的计算效率和计算精度;此外,本文还对格子板的设计提出了建议。     

New generic mathematical model to predict hydrodynamic interaction effects for overtaking maneuvers in simulators

To improve the formulation of ship–ship interaction forces and moments in a mathematical model of a ship maneuvring simulator, we developed a new generic mathematical model for the overtaking maneuver. This process involves using the numerical results, which provide a potentially complete set of data from which (within the constraints of the numerical modelling) everything necessary can be acquired. We found that the new generic mathematical model is as accurate as the numerical model. It is also more accessible to a navigator, master, or pilot, who could use it on a palmtop computer by keying in a few numberical estimates of the size, position, and speed of the neighboring ship and receive almost instant aneous results, giving time for a refined strategy to be validated if necessary. These results can also readily be used by simulation program developers to simulate the worst possible scenarios.     

斜流中船后螺旋桨水动力数值分析

基于CFD对国际标模KCS斜航状态进行了数值模拟,分析了不同漂角时螺旋桨在纵向、横向、垂向三个方向上的力和力矩的变化规律,并探讨了漂角对推力偏心矩的影响。数值模拟采用RANS(Reynolds-Averaged Navier Stokes)方法,结合SST k-ω湍流模型和滑移网格。计算考虑了±20o,±10o以及0o漂角,结果表明：由于横向水流改变了螺旋桨桨盘面上的载荷分布,漂角对螺旋桨的横向和垂向的力和力矩有显著影响,漂角方向对螺旋桨推力偏心矩的偏移有较大影响。     

艇桨耦合状态螺旋桨水动力与噪声数值预报方法研究

本文给出了基于大涡模拟(LES)与Powell涡声理论的艇桨耦合状态螺旋桨水动力与噪声数值预报方法.首先描述了LES方法与Powell涡声理论及其声学远场解;然后利用LES结合滑移网格计算了AU5-65螺旋桨敞水工况的水动力,得到了推力系数、扭矩系数与敞水效率,给出了螺旋桨梢涡、叶根涡、毂涡的流动结构空间分布,又计算了SUBOFF潜艇带AU5-65螺旋桨自航工况水动力,获得了实效伴流分数、推力减额与相对旋转效率等自航因子,分析了螺旋桨在艇后旋转时的涡旋结构,并将敞水与自航水动力计算结果与试验结果进行了对比分析,验证了流动计算方法的可靠性;最后,在对流动声源数值计算的基础上,对敞水与自航工况下的螺旋桨噪声进行了数值预报,并与试验结果进行了对比分析,分析了声压谱谱型与幅值,辨识了艇桨耦合流动对于螺旋桨噪声的影响,验证了数值预报方法的适用性与可靠性.     

均流中大型集装箱船桨舵干扰粘性流场的数值计算研究

应用FLUENT软件的滑移网格技术,实现了均匀来流中的桨舵干扰粘性流场计算。考察了桨推力、舵受力,桨舵周围的速度、压力分布。为尝试预报舵空泡性能,还考察了桨舵间距变化对舵面上的压力分布的影响,取得了与舵空泡观察试验一致的结果。本项工作为船后桨舵干扰粘性流场计算提供了基础。     

CFD理论黏性流场中三维振动水翼的非定常水动力性能(英文)

The motion of the fins and control surfaces of underwater vehicles in a fluid is an interesting and challenging research subject. Typically the effect of fin oscillations on the fluid flow around such a body is highly unsteady, generating vortices and requiring detailed analysis of fluid-structure interactions. An understanding of the complexities of such flows is of interest to engineers developing vehicles capable of high dynamic performance in their propulsion and maneuvering. In the present study, a CFD based RANS simulation of a 3-D fin body moving in a viscous fluid was developed. It investigated hydrodynamic performance by evaluating the hydrodynamic coefficients (lift, drag and moment) at two different oscillating frequencies. A parametric analysis of the factors that affect the hydrodynamic performance of the fin body was done, along with a comparison of results from experiments. The results of the simulation were found in close agreement with experimental results and this validated the simulation as an effective tool for evaluation of the unsteady hydrodynamic coefficients of 3-D fins. This work can be further be used for analysis of the stability and maneuverability of fin actuated underwater vehicles.     

KVLCC2船模斜航运动粘性流场及水动力数值计算

采用CFD商业软件FLUENT对KVLCC2模型的斜航运动粘性流场进行数值模拟,计算得到了不同漂角时的横向水动力、首摇力矩、船体表面压力分布及尾流场,通过将计算结果与试验结果进行比较,验证了文中计算方法的有效性.文中采用SST k-ω和RNG k-ε两种湍流模式进行了水动力计算及流场数值模拟,通过将其结果与试验结果进行比较,得出了SST k-ω模式较RNG k-ε模式更为适合于实际船型的斜航运动粘性水动力计算和流场数值模拟的结论.     

破损船操纵运动水动力及舱室流场的数值研究

目前,对破损船操纵水动力研究很少。为计算破损船操纵水动力及其破舱室粘性流场特征,本文基于RANS方程,选取SST k-ω湍流模式,对某新型油船破舱进水后的斜航操纵运动进行数值模拟。计算出破损船在不同斜航角时的总阻力、横向压力、转首力矩的系数,探究其操纵水动力变化情况。模拟破舱室内的流场情况,分析破舱室水的运动特点。最后将破损船数值结果与试验结果进行比较,研究表明计算模型可行,能较好地计算破损船操纵水动力及其流场情况。该研究成果可为今后破舱操纵性规范的制定和船舶优化设计提供理论参考。     

高水头船闸平底廊道反弧形阀门净动水启门力恒定流试验*

通过恒定流试验对平底廊道反弧形阀门净动水启门力进行了研究,结果表明：1）底缘压力下降是反弧形阀门产生净动水启门力的最主要原因;2）各开度下反弧形阀门净动水启门力与孔口水流弗劳德数的平方成线性关系;3）阀门厚度变化对反弧形阀门最大净动水启门力影响较小。