迎浪时基于非线性运动方程的船舶RANS数值模拟

针对传统方法存在数值模拟效果差的问题,提出迎浪时基于非线性运动方程的船舶RANS数值模拟方法。根据非线性运动规则,结合船舶自身的稳定性能,计算航行控制边界稳定限值,利用二阶映射方法,描述一个微分方程映射解,构建非线性运动方程。采用消波方法消除船舶迎浪出口传递过来的波浪,保证非线性运动方程运用的稳定性。选取自适应最优解,对船舶RANS数值进行模拟,并进行迭代处理,获取归一化权重向量,由此获取RANS数值仿真结果。通过实验对比结果可知,该方法最高模拟效果可达90%,可实现对船舶超稳定性控制。     

数值波浪水池中船舶顶浪运动模拟研究

文献[1,2]进行了数值波浪水池波浪环境的模拟、规则波顶浪中船舶水动力的计算以及船舶辐射问题的模拟.文章在其基础上,基于N-S方程,对规则波中顶浪前进的Wigley船模运动进行了模拟.数值模拟的船模运动结果与DUT(Dem University of Technology)的试验数据进行了比较,分析,二者符合较好.文中与文献[1,2]的研究工作一起,初步构建了真正意义上的基于N-S方程的数值波浪水池.     

滑行艇在规则波中的数值模拟

针对波浪中滑行艇水动力性能预报的不足,提出了一种基于六自由度运动模型的滑行艇水动力性能预报方法,实现其在波浪中自由运动的水动力性能预报。首先根据水波理论利用CFD技术完成了三维数值水池的造波和消波,然后以某型滑行艇为模型,将六自由度方程赋予滑行艇,实现了其在迎浪匀速航行时随波浪的自由运动,最后通过Fluent数值计算得到了其在波浪中自由运动时的阻力、升力、升沉位移、纵倾角以及兴波等流场参数。计算结果表明:利用该方法获得的某型滑行艇的流场参数较真实地反映了滑行艇在波浪中的姿态,为滑行艇耐波性实验提供了一定的理论依据。     

三体船在迎浪和横浪中的运动响应计算

三体船作为一种高速船舶,具有非常多的优势,适航性也更加优良,航行过程中产生的阻力小、能源消耗低、较高的隐身性等,使三体船逐渐成为未来船舶制造领域一个主要的发展方向。在三体船航行的过程中,其耐波性能影响因素包括船体的船长、船宽、吃水量、浪向以及侧体布局等。为了能够提高三体船的内部性能,在设计之前必须要对三体船的迎浪和横浪中的运动响应进行快速计算,提高整个船舶的运行效果,保证船舶设计更加的科学。     

21世纪的船舶性能计算和 RANS方程

本文从势流兴波阻力研究、船体的粘性绕流、螺旋桨的性能计算、船舶耐波性和船舶操纵性等五个方面系统地回顾了船舶流体性能计算近40余年来的发展,对他们发展的脉略、存在的主要问题、不同时期出现的解决方法,作了较为全面的评述,并对21世纪的船舶性能计算作了展望,指出：(1)船舶流体力学中势流为控制因素的问题,将统一在基本源的框架下;(2)RANS方程在船舶性能计算中的实际应用已经提上日程,可望在21世纪成为各领域中的主要计算模式;(3)求解RANS方程的商业软件在船舶流体力学计算中的作用不可低估;(4)计算模式的统一和商业程序的应用将使比较抽象的流体力学更接近生活,更容易为工程技术人员所理解、所接受。文后附有154篇有关主要文献。     

水体流动时船舶航行横向受力数值模拟研究

针对传统船舶航行横向受力数值模拟存在误差的问题,提出基于水体流动的船舶航行横向受力数值模拟研究。通过设定海水湍流速度的分布,确定港口入口水流速度边界条件。通过划分船体底层表面区域来保证船舶底层表面光滑,确定船体底层表面光滑程度边界条件。结合模拟区域风向和风力边界条件,确定船舶航行横向受力边界条件。通过船舶航行横向受力数值模拟流程设计,实现了基于水体流动的船舶航行横向受力数值模拟。仿真结果证明,相比基于数据分析理论数值模拟方法,该方法船舶航行横向受力的数值模拟误差缩小了16.18 N,为船舶航行横向受力数值模拟提供了有利的科学依据。     

二阶全非线性Boussinesq方程的二维数值模拟研究

在非交错网格下采用有限差分法首次对一组非线性精确至()Ομ2阶的全非线性Boussinesq方程数学模型进行了二维数值模拟分析。首先通过在方程的非线性项中引入缓坡假定,考察了其对模型数值精度的影响;其次,在模型中对二阶非线性项采用不同精度,考察了其对模型数值结果的影响。数值模拟结果表明,所建立的二阶完全非线性Boussinesq方程二维数值模型具有良好的适用性,模型非线性项中引入缓坡假定以及在二阶非线性项选用不同的精度对数值模拟结果影响不明显。     

船舶横浪倾覆试验及数值模拟

本文介绍船模倾覆试验的结果及其数值模拟。试验表明，在横浪情况下船舶因装载造成的横倾角，会大大增加倾覆的危险性。对这一结论进行的数值模拟与实测结果符合良好。     

波浪中远洋船舶耦合运动的数值模拟

利用基于FLAC3D和基于UDEC的2种传统方法对船舶耦合运动进行数值模拟,结果准确性较低。针对上述问题,提出一种新的基于CFD的远洋船舶耦合运动数值模拟研究方法。首先给出船舶耦合运动的假定条件,然后建立反映问题本质的数学模型,接着利用有限体积法对该方程进行离散,最后利用有限差分法对离散后的方程进行求解,完成船舶耦合运动数值模拟。结果表明:与基于FLAC3D和基于UDEC的2种传统方法相比,利用本研究方法对船舶耦合运动进行数值模拟,模拟结果准确性提高6.3%和14.5%,达到了研究目的。     

穿浪双体船迎浪纵向运动和阻力增值CFD不确定度分析

基于RANS方法,对穿浪双体船浪(WPC)迎浪纵向运动和阻力增值进行了数值分析,并对计算数值进行了验证和确认,证明了静水和波浪中运动计算结果的可靠性。通过计算结果与模型试验数据的对比发现,RANS方法在各种波长中预报精度均较高,验证了该方法的有效性。     

弯曲航道船舶操纵运动数值模拟

弯曲航道是内河航道中较常见的形式之一,由于弯曲航道水流条件复杂,导致船舶操作难度较大,为了改善通航条件,需要对弯曲航道进行整治。结合弯道三维水流数学模型和船舶操纵运动数学模型,应用于湖南益阳至芦林潭航道整治工程的通航论证中,通过模拟计算结果来评价弯曲航道的通航条件,为弯道整治工程提供科学依据和科学指导。     

基于RANS方程的船模兴波阻力分离计算方法及其适用范围研究

运用空气-水两相流RANS方程计算了两型船模的粘性兴波流场,提出了兴波阻力的分离计算方法,并研究了该方法的适用范围.结果表明,在长度傅汝德数低于0.4时,文中对船模兴波阻力及波高的计算结果都与模型试验基本相符,但当长度傅汝德数高于0.4时,计算结果与试验还存在一定的差距.     

缆绳材质及直径对系泊船舶运动影响的数值模拟

缆绳属性是影响系泊船运动量的重要因素。基于MIKE 21 Mooring Analysis数值模拟软件,对一艘17.7万m3 LNG船进行不规则波横浪作用下的数值系泊试验,通过变化缆绳直径及材质,分析其对系泊船舶运动的影响。结果表明：1）系泊船运动量会受到缆绳材质及直径的影响,主要是由于缆绳刚度的变化。2）系泊船的横移、纵移和回转受缆绳变化的影响较大,均随缆绳刚度的增大而减小。3）升沉主要与入射波浪周期和波高有关,受缆绳刚度影响较小。4）纵摇因为本身运动量较小,变化不明显。5）横摇相对于缆绳刚度改变没有明显的变化规律。     

基于ADAMS的船舶运动模拟平台运动学与动力学分析

船船的运动模拟平台在许多领域内都具有重要的应用,比如船舶下水前的模拟实验和船上作业人员的抗晕船练习等。因此对船舶运动模拟平台的研发和动力学分析具有重要的意义。本文系统介绍运动模拟仿真软件ADAMS,并利用ADAMS软件模拟实验机技术,实现船舶模拟平台的运动学和动力学仿真,并进行液压系统的建模和动态分析。     

基于VV＆A过程的船舶运动控制系统仿真的研究

针对当前船舶运动控制领域,仿真算法测试可信度较低的问题,将系统建模与仿真的VV&A技术引入到船舶运动控制系统仿真中,基于一种简单的VV&A过程,结合船舶运动控制系统仿真自身的特点,提出了船舶运动控制系统仿真的VV&A过程,并建立了一套船舶运动控制系统仿真实验平台,用以帮助科研工作者更加快速有效的实现VV&A过程,建立仿真可信度高的仿真系统,对于加速先进控制理论在船舶运动控制领域中的应用有着一定的实际意义.     

基于体积力方法的船舶波浪回转运动数值仿真

研究船舶在波浪环境中的自由操纵运动对船舶操纵性具有重要意义。本文对ONRT全附体模型在规则波中的回转运动进行仿真研究。采用基于结构化动态重叠网格的自研CFD软件HUST-Ship求解RANS方程与船体六自由度运动方程的耦合问题。RANS方程通过有限差法离散,并使用PISO算法进行求解。波浪中操纵运动使用了移动计算域方法,而且船后螺旋桨使用迭代型体积力方法替代,提高计算效率。波浪回转操纵运动特征参数(纵距、正横距、战术直径)的预报结果与试验数据进行了比较,验证了仿真的可靠性。进一步分析了运动特征参数的变化,研究波浪对回转运动的影响。     

舰船气泡尾流数值模拟(英文)

Based on a volume of fluid two-phase model imbedded in the general computational fluid dynamics code FLUENT6.3.26, the viscous flow with free surface around a model-scaled KRISO container ship (KCS) was first numerically simulated. Then with a rigid-lid-free-surface method, the underwater flow field was computed based on the mixture multiphase model to simulate the bubbly wake around the KCS hull. The realizable k-ε two-equation turbulence model and Reynolds stress model were used to analyze the effects of turbulence model on the ship bubbly wake. The air entrainment model, which is relative to the normal velocity gradient of the free surface, and the solving method were verified by the qualitatively reasonable computed results.     

基于体积力法的全附体KCS型船模PMM运动数值模拟

为高效、精确地求解船舶操纵水动力导数,以全附体KCS型船模为研究对象,基于RANS方程及VOF模型,在star-ccm+平台上采用体积力法模拟螺旋桨作用,计及自由面兴波及航行姿态变化对船模水动力的影响,开展斜航、纯艏摇、漂角和艏摇组合3种平面运动机构（Planar Motion Mechanism,PMM）运动的数值模拟,将横向力Y、艏摇力矩N、横倾力矩K的数值模拟结果与试验结果进行对比,并依照PMM试验的动力学方程,通过最小二乘法拟合和傅立叶积分,将数值模拟结果与试验结果的时历曲线进行分析处理,求得操纵水动力导数。研究结果表明：该方法用于数值模拟PMM运动是可行的;求得的水动力导数中Y'vvv,N'vvv误差略大,其余水动力导数误差均在15%以内。     

舰船破损进水过程的非线性横摇运动仿真

建立了大型舰船破损进水过程的横摇运动模型。该模型描述了破损进水运动和船舶横摇运动的耦合,并运用Runge-Kutta迭代方法对具有进水过程的横摇运动进行数值仿真,并探讨不同参数的影响,从而为舰船防沉抗沉提供理论依据。