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。     

基于CFD的船舶水动力计算收敛性分析

为基于计算流体动力学（Computational Fluid Dynamics,CFD）的单体船型水动力性能计算参数提供参考依据,开展相关的收敛性分析。采用CFD数值计算,分析网格尺度、湍流模型和时间步长对于船舶水动力计算的收敛性影响,提出基于CFD的船舶水动力计算优化参数模型,并以水池模型试验验证所提方案的准确性。采用船长2.83%的非结构化网格进行流体计算域网格划分,采用Realizable k-ε湍流模型,计算时间步长取波浪遭遇周期Te的1/200,可更加合理地模拟船舶在规则波中的运动响应,为基于CFD的船舶阻力与耐波性计算提供确定依据。     

计算流体动力学在潜艇水动力设计中的应用

过去和目前的潜艇水动力设计都是在大量的模型试验支持下，根据半经验理论方法进行的。但当预算送还和而严格限制模型试验范围时，这种方法就不能评价与传统设计极其不同的方案。目前数值方法和超级计算机技术意味着为以计算流体动力学（CFD）为基础的理论方法，提供一个实用的设计工具，可以弥补现有方法的不足。介绍自1996年英国防务评估研究机构在Haslar举行的Warship′96有关综合系统的会议以来，在潜艇，水面舰艇及其他海洋船舶上运用CFD计算方法的最新进展。CFD方法涵盖了自船模到整个实船的雷诺数范围，并且计算规模和复杂性仅受计算设备的有效性和费用限制。最近，在Haslar船池进行的带有和不带附体的轴对称体模型试验表明，力和力矩在抬首和埋首的测量值明显不同。描述了一项研究，旨在用考虑了支撑柱和自由表面影响的模型试验结果，并修正CFD预报值。同时也描述了如何把CFD技术与半经验方法和模型试验相结合地应用于设计过程中。当前，这种方法正用于在未建造任何比例模型之前，评估一艘新潜艇的设计方案。     

粘性对船舶操纵运动水动力影响的探讨

船舶操纵运动水动力学理论计算研究，一直受到广泛重视，但现有的方法都示达到的实用阶段，本文提出了考虑边界层排挤厚度影响的等价船体法和计及分离涡影响的粘性损失法，旨在分析结果对船舶操纵运动水动力的影响，对充实和完善船舶操纵运动水动力的理论计算方法作了一些探讨。     

船舶浅水水动力导数的数值计算

船舶浅水水动力导数对研究浅水中船舶操纵性有重要的意义.以“Mariner”船模为研究对象,采用Realiz-ablek-ε湍流模型来封闭RANS方程,运用SIMPLE算法,对两种水深的浅水定漂角、定舵角、纯艏摇试验进行了数值模拟.实现了浅水水动力导数的求取,并将计算结果与模型试验结果进行对比,验证了方法的有效性.     

混合语言编程在船舶水动力计算中的应用

针对VC++具有面向对象特征和开发图形界面方面的强大功能以及FORTRAN语言在数值计算方面的优势,着重介绍了VC++和FORTRAN二种语言混合编程需要的技术要点和实现方法.对混合编程规则中的调用约定、命名约定、数据的交换与传递、多维数组的传递、DLL的调用方式以及DLL的调试进行了详细的阐述,并通过两者的混合编程实现了对船舶水动力的计算.该计算精确而便捷,对船舶操纵预报、安全评估等方面的研究有很大的应用价值.     

操纵运动船舶的水动力计算研究

以船舶操纵水动力预报为研究背景,通过对商用计算流体力学软件FLUENT的二次开发,采用其动网格技术以及后处理系统,对大型船舶操纵水动力导数进行了数值计算.船体按照斜航、不同舵角、纯横荡和纯首摇等状态做运动,得出随船坐标系下作用于其上的水动力及力矩.通过进行基于最小二乘法的曲线拟合,最终求得船舶操纵水动力导数.计算结果与势流理论计算结果一致,表明了所提出的计算方法适用于复杂船舶运动的水动力导数计算.     

箱形船水动力特性的数值计算

本文采用RANS方程和RNGκ—ε二方程湍流模型对带自由表面的箱形船的水动力特性进行数值计算。数值计算时，使用有限体积法离散控制方程，对流项采用二阶迎风差分格式，扩散项采用中心差分格式，对一艘方形系数为0．95的箱形船进行一系列速度下流场、阻力、兴波、下沉和纵倾的数值计算，并与在中国船舶科学研究中心拖曳水池进行的模型试验进行全面的比较，结果令人满意，是自由面绕流的数值计算在箱形船这样特殊的船型上的成功尝试。     

水润滑滑动轴承的设计计算

近年来，水润滑轴承在船用离心泵结构中的应用已日趋广泛，从军用泵结构扩展到民用泵结构，从船用泵衍延至其它工业用泵结构中。然而，有关其设计计算的资料见诸于科技文献上的却寥寥无岂。     

船舶水消防系统的压力计算

简要介绍了船舶水消防系统管路的压力损失计算,通过实例说明管内压力损失包括沿程损失和局部损失的计算方法。根据计算结果与初步选定的消防泵技术参数进行比较,可大致判定消防泵的压头选用是否能满足规范或国际公约的要求。     

操纵运动船体水动力计算

提出一个适用于船舶初步设计阶段计算船舶操纵运动水动力的方法,给出了与船体表面局部线型相关的非线性力的估算方法。通过对方型系数Ｃｂ值为０．５７￣０．８３５艘船模的具体计算,结果表明与其相应的约束模试验结果吻合良好,本文方法可用于操纵运动数值模拟,也能作为港内低速大漂角航行船舶的运动模拟。     

多学科设计优化在船舶水动力性能优化中的应用

阐述了多学科优化设计方法(Multidisciplinary Design Optimization,MDO)的发展应用情况。详细论述了基于协同优化方法的数学模型、优化原理和优化流程。针对水动力性能优化,分析了系统层和各学科的优化要素,初步建立了数学模型和优化框架。     

滑行艇水动力计算

滑行艇水动力计算的目的是估算艇的水动力阻力。     

船舶在浅水域横向停靠运动粘性水动力计算

研究船舶在浅水域的低速横向漂移运动对研究船舶停靠运动特性具有重要意义.船舶停靠通常是一个低速慢漂的过程,在这个过程中,由于船舶特定的运动形式和几何形状,粘性水动力起主要作用,而兴波很小,其影响可以忽略,可以将自由面作为刚壁处理,从而使问题简化并大大减小数值计算的计算量.文中以标准Wigley船型为对象,对船舶在浅水中横向漂移运动的粘性流场和水动力进行了计算.为了得到准确、稳定的计算结果,分别选取了不同的计算区域、网格数量和湍流模型进行计算,并将计算结果与他人的计算结果和模型试验结果进行了比较,确定了模拟船舶低速停靠运动粘性流场的有效的数值方法.     

船舶动力定位系统设计及试验研究

本文把自适应卡尔曼滤波器理论和最优控制理论应用于典型的船舶动力定位系统。它是基于线性化的船舶运动方程,通过自适应卡尔曼滤波器对船舶在风、浪、流的作用下的高频运动和低频漂移分别进行估计,以保证定位控制仅仅对船的低频漂移进行补偿。本系统中的自适应滤波能自动适应海况的变化,以保证估计参数的精确。该系统设计已在中国船舶科学研究中心耐波性水池通过模型试验进行了验证。     

一种计算水翼水动力的三维面元法

本文用Rankine奇点面元法计算了深、浅水中三维水翼的定常升力绕流。水翼的厚度和升力效应分别以水翼表面分布的Rankine源和法向偶极子来模拟,在自由表面上也分布Rankine源,通过满足相应的边界条件和尾缘处的Kutta条件求出这些奇点强度。以在自由表面下作小攻角定常运动的水翼为例进行了计算,计算结果与试验结果和其他计算结果作了比较。