基于SHIPFLOW的KCS船型兴波阻力数值计算

本文以韩国船舶与海洋工程研究所(KRISO)的集装箱船标模KCS为研究对象,利用CFD软件SHIPFLOW对其进行兴波阻力性能数值模拟,比较网格质量、傅汝德数对兴波阻力性能计算结果的影响。结果表明:傅汝德数相同,网格质量不同时,计算结果不同;网格质量相同,傅汝德数不同,计算结果与实验值有所差异,但是总体趋势与实验值较为一致。本文对不同网格质量、不同傅汝德数下的KCS船型作了兴波阻力的数值模拟,模拟结果具有一定可靠性,为基于兴波阻力的船型优化提供兴波阻力性能数值计算支撑。     

基于重叠网格方法的船舶迎浪增阻与运动数值预报

基于粘性流CFD软件建立了三维数值波浪水池,并对带舵的KCS船模在静水和5个不同波长的规则波中航行进行数值模拟。文中采用入口处模拟波速的方法造波,消波方法运用强迫消波技术(Wave Forcing),并利用VOF方法追踪自由波面的变化,在数值水池中成功模拟了波浪的生成与传播;最后结合重叠网格方法对KCS船模迎浪增阻与运动响应进行数值计算,并将计算结果与试验数据进行对比分析,吻合良好,为今后准确预报舰船在波浪中的增阻和运动响应提供参考。     

两种潜浮式小水线面单体船水翼的水动力性能研究方法的分析

对新型高性能船-潜浮式小水线面单体船水翼的水动力性能进行数值研究,分别采用面元法和结构-非结构混合多块网格RANS方法,运用非结构化计算网格的方法分析水翼表面的压力系数以及不同攻角和展弦比下水翼的升力系数,并将结果与已有实验数据进行对比分析,表明两种方法的结果与实验结果基本吻合.     

新型船舶推进节能技术研究

能源紧缺已成为全球共同关注的问题,决定未来船舶的竞争力的核心因素之一将是节能环保技术的先进性。在此背景下,本文提出一种基于T型波能回收水翼的新型节能技术,通过这种技术可以辅助船舶进行推进和航迹跟踪等操作。T型波能回收水翼不仅可以辅助船舶前进,还可以起到减摇和优化操纵的作用。为证明这种技术的可行性,本文将通过建模仿真进行验证,同时基于无偏模型预测控制算法进行控制器的研发。     

柔性摆动水翼弦向变形模式及其对推进性能的影响研究

在Bose变形模式及悬臂梁受力变形分析的基础上,提出了摆动水翼新的柔性变形模式,推导出弦向变形方程,给出了摆动水翼变形运动描述及动网格处理技术,利用数值方法研究了柔性变形模式、柔度系数、弦向变形长度等参数对柔性水翼推进特性的影响,指出了摆动水翼高推进性能对应的柔性模式与变形参数.     

KCS迎浪中耐波性的CFD数值模拟

采用计算流体动力学(CFD)软件STAR-CCM,对国际集装箱标模KCS在迎浪规则波中的运动响应和波浪增阻等主要耐波性能进行数值计算。采用动态重叠网格处理船体运动,同时利用VOF方法模拟自由面波形演化情况。计算结果显示:动态重叠网格具有较强的适应性,能较好地处理船体的大幅运动,计算得到的船体运动幅值能与试验结果相一致,静水和波浪中的阻力计算结果与试验结果能较好地吻合;从自由面波形方面看,KCS船体兴波与来波存在较强的相互干扰,当波峰撞击船首时,波面起伏较大,数值计算能较好地模拟这些流动现象。     

集装箱船纵倾优化数值模拟

随着全球能源和环境问题越来越严峻,航运市场低迷和竞争的日益激烈,节能减排已成为航运业的迫切需求。船舶纵倾优化具有成本低、易实现和效果佳等优点,是一种更好的节能减排方法。以KCS集装箱船在设计吃水时平吃水状态为基础,对船舶分别进行不同纵倾状态调节,利用RANS方法和切割体自动划分网格技术,计算船舶在不同首倾和尾倾状态下的阻力数值。结果表明,在不考虑水深影响的情况下,KCS集装箱船在不改变船舶航速、载重量的前提下,可以通过纵倾优化调节减少船舶阻力。     

集装箱船纵倾优化数值模拟

随着全球能源和环境问题越来越严峻,航运市场低迷和竞争的日益激烈,节能减排已成为航运业的迫切需求。船舶纵倾优化具有成本低、易实现和效果佳等优点,是一种更好的节能减排方法。以KCS集装箱船在设计吃水时平吃水状态为基础,对船舶分别进行不同纵倾状态调节,利用RANS方法和切割体自动划分网格技术,计算船舶在不同首倾和尾倾状态下的阻力数值。结果表明,在不考虑水深影响的情况下,KCS集装箱船在不改变船舶航速、载重量的前提下,可以通过纵倾优化调节减少船舶阻力。     

水翼辅助推进船舶波浪中运动和增阻特性研究

基于在船首两侧增添（固定）水翼的水翼辅助推进船舶的设想,选取集装箱船型作为研究对象,采用三维面元法对原型和水翼船在规则波中的运动和增阻响应进行了预报,并与试验结果进行比较,验证了计算结果的准确性。研究结果表明水翼能够有效地减小船舶在波浪中的纵摇、垂荡和增阻响应,其中添加水翼船在波浪中的纵摇和垂荡响应峰值分别减少了21%和24%,而增阻响应则减小了80%。此外还对水翼展弦比和安装位置对船舶在波浪中的运动和增阻响应的影响进行了研究。     

基于振荡水翼波浪能回收的船舶节能推进研究

文章提出了在船体两侧用螺旋弹簧连接振荡水翼进行波浪能回收以实现船舶节能推进的设想。基于势流理论求解了顶浪情况下振荡水翼与船体的频域耦合水动力模型。采用吴耀祖推导出的二维水动力模型来预报水下振荡水翼在波浪中产生的推力、升力和转动力矩;同时用耦合的垂荡和纵摇模型来预报船舶的运动响应。两个模型均是在频域中进行建立,之间的耦合影响根据螺旋弹簧的力学特性加以模拟。以一艘集装箱船为例,对该方案的效果进行了研究。结果表明：当船舶的垂向运动较大时,振荡水翼能有效回收波浪能从而产生推进力;并且,水翼会对船舶的耐波特性产生影响。对水翼相对船体的纵向位置和螺旋弹簧刚度系数两个参数进行了研究,发现水翼连接位置应尽可能远离船中;而更高的刚度系数更有利于水翼产生大的推进力。由此总结出了一些提升系统性能的设计建议以供参考,并为开展水池试验打下基础。     

集装箱船外飘砰击载荷的CFD数值分析

基于黏流CFD方法研究迎浪工况下波长和波高对KCS船运动和外飘砰击的影响,分析砰击压力的时空分布及其与船舶垂向运动的关系。基于开源造波工具waves2Foam建立三维数值水池,采用naoe-FOAM-SJTU求解器中的重叠网格技术求解船舶在波浪中的运动。计算结果表明,船舶运动幅值随波长和波高的增大而增大,波长船长比为1时外飘砰击压力最大,外飘砰击压力随波高增大呈线性增大规律。集装箱船应尽量避免在波长接近船长的海况下航行。这项研究可为波浪中的船舶砰击载荷预报提供参考。     

船桨干扰定常空化性能数值模拟

文章采用CFD技术计算了船桨干扰定常空化性能。首先计算了不同空化数下的NACA66(MOD)水翼和DTRC4381螺旋桨的定常空化性能,同时预报了KCS船的伴流场、阻力性能和船体表面压力分布。为了验证计算船后螺旋桨空化流的可行性,文中对KCS船和KP505螺旋桨进行了整体考虑,并计算了不同空化数下的船后螺旋桨的空化覆盖面积。计算表明,文中采用的计算方法合理,计算结果与试验结果吻合。     

基于滑移网格的带桨水面船自航性能预报研究

应用FINE/Marine软件对KCS船、KP505桨以及考虑自由液面的船桨组合体进行数值计算,并计算其自航性能。利用滑移网格技术和随体网格来实现船桨之间的相互耦合。考虑到原有的自航性能数据处理方法并不代表实际情况,文中借鉴强制自航法的概念提出了一种新的船舶自航点求解方法预报船舶自航性能,并与模型试验结果进行比较,吻合良好,其中推力减额系数、伴流分数以及船舶推进效率的计算误差分别为0.5%、2.18%、6.76%。本文研究为预报船舶自航性能提供了一种新的研究手段。     

基于滑移网格的带桨水面船自航性能预报研究

应用FINE/Marine软件对KCS船、KP505桨以及考虑自由液面的船桨组合体进行数值计算,并计算其自航性能。利用滑移网格技术和随体网格来实现船桨之间的相互耦合。考虑到原有的自航性能数据处理方法并不代表实际情况,文中借鉴强制自航法的概念提出了一种新的船舶自航点求解方法预报船舶自航性能,并与模型试验结果进行比较,吻合良好,其中推力减额系数、伴流分数以及船舶推进效率的计算误差分别为0.5%、2.18%、6.76%。本文研究为预报船舶自航性能提供了一种新的研究手段。     

波浪滑翔器拍动水翼非稳态下水动力性能计算

波浪滑翔器的水动力性能主要取决于其拍动水翼的设计。在推进效率不变的情况下,采用动网格方法,基于RANS方程与标准的湍流模型,应用ICEM CFD软件和FLUENT软件,分别研究了翼型为NACA0008、NACA0012与NACA0016的拍动水翼的水动力性能,筛选出NACA0012翼型的水动力性能最佳。从工况角度入手,研究了NACA0012翼型拍动水翼的最大转动角度、波浪来流速度、波长及波高对拍动水翼平均推力的影响,定量评估了不同工况下的水动力性能。结果表明:当波浪滑翔器推进效率不变时,在非稳态条件下,翼型为NACA0012的拍动水翼的平均推力较大,水翼的水动力性能较好。     

大型集装箱船快速波激响应分析

大型船舶的水弹性分析,对于船舶结构设计尤为重要。论文以某万箱级集装箱船为目标船型,采用三维结构分析与二维耐波性相结合的混合水弹性预报方法,进行快速波激振动响应分析。数值模拟采用MSC. Patran&Nastran有限元方法进行模态分析和基于MFS算法的STF切片法进行耐波性计算,并分别利用Bernoulli梁的解析解和HydroSTAR软件进行模型验证,最后基于模态叠加原理进行频域的波激响应预报。数值结果表明:该混合数值方法简化了网格划分耗时、提高了计算效率、满足了工程计算精度,具有较好的工程实用价值。     

不同漂角下纵倾对集装箱船阻力影响的数值分析

为研究在不同漂角条件下纵倾状态对集装箱船阻力的影响,以KCS集装箱船舶为例,利用RANS数值方法对KCS船模在不同漂角条件下纵倾对船舶阻力的影响进行数值研究。计算船舶初始平吃水时船舶阻力,将所得数值试验结果与已有数据对比,验证数值方法的有效性。基于此方法计算不同漂角条件下船舶在不同纵倾角状态下的船舶阻力值,结果表明,在不同漂角下纵倾角度变化使得船首两侧的受力不等导致压阻力变化显著,并且船舶最小阻力的最佳纵倾角随漂角度而变化。     

混沌随机算法在水翼艇推进系统控制仿真及优化设计上应用研究

在MATLAB的平台上,利用Simulink建立了水翼艇智能推进系统的仿真模型,运用MAT-LAB的M文件编制了其混沌优化程序,并用该程序对水翼艇推进系统的控制器参数进行优化设计,使推进性能有明显提高。混沌优化程序还可用于水翼艇推进系统控制参数的实时配置。     

水翼对高速双体船纵向减摇性能影响研究

基于水翼在高速双体船上的广泛应用,运用Fluent软件,通过在水翼的攻角、尺寸、安装方式方面进行选型设计,研究水翼与高速双体船之间的相互影响,并且基于静特征数的附体减摇能力分析方法,研究静水中水翼对高速双体船的纵向减摇性能。计算分析结果表明,水翼对高速双体船的纵向运动能起到一定的辅助作用,可以减缓船体的纵摇与升沉。     

新型捕能消波浮式防波堤数值模拟与试验研究

采用数值模拟和物理试验研究方法,研究了新型捕能消波浮式防波堤savonius型桨叶两种布置形式的捕能及消波性能。利用STAR-CCM+数值仿真软件,通过调用重叠网格、时间二阶离散、增加数值迭代的方法,建立了浮式防波堤三维水动力模型并进行数值模拟。研制了该防波堤物理试验系统,测试浮式防波堤捕能消波性能,综合分析数值模拟与物理试验的结果。结果表明,该新型浮式防波堤在桨叶转动频率与波浪频率相近时捕能功率最大,桨叶并列布置方式的消波性能比桨叶垂直布置方式更为优越。