带附体潜艇尾流场的数值模拟与验证

对美国DARPA潜艇模型SUBOFF尾流场进行了数值模拟,采用湍流模型k-ε、k-ω与壁面函数相结合,直接求解RANS方程,并将计算结果与试验结果进行了比较分析,验证了数值方法的可靠性。在此基础上将SUBOFF模型改变为“X”型尾翼,对其尾流场进行了数值模拟分析。     

潜艇水面与水下粘性绕流数值模拟

本文采用求解RANS方程的方法结合四种湍流模型,对于带有不同附体的SUBOFF模型尾流场进行了数值模拟。数值预报的桨盘面处不同半径上的轴向无量纲速度与试验结果进行了对比,结果表明湍流模型在数值模拟中起到重要作用。潜艇水面航行性能十分重要,因而对于潜艇自由液面绕流的数值模拟备受关注。本文采用VOF方法对于两条潜艇模型在不同傅汝德数下的自由液面绕流进行了数值模拟。计算得到的阻力、波形与试验结果吻合较好。文中也探讨了潜艇自由液面绕流的一般特性。并验证了用CFD手段预报潜艇粘性流场的能力。     

带附体潜艇绕流场数值计算与验证

采用κ-ε湍流模型和有限体积法用求解RANS方程的方法,对全附体的SUBOFF AFF-8潜艇模型三维粘性绕流场进行了数值模拟计算.一种结合增强型壁面函数的两层模型被采用,以便在近壁区域采用精细网格来模拟边界层内的流场流动特征.给出了雷诺数Re=1.2×107下模型表面纵中剖面线上半部分压力系数与摩擦阻力系数的分布,以及指挥台围壳与尾翼表面不同高度处的压力系数分布,同时计算了桨盘面处的尾流速度分布,并与有关文献给出的实测值进行了比较和验证,分布趋势基本一致,较相关文献给出的计算结果有相当大的改进,此外从指挥台围壳与尾翼后的速度矢量图观察到了与有关文献相同的涡旋流场结构,从而验证了该数值方法的有效性,为潜艇概念设计中评价设计方案优劣提供了重要的技术手段.     

用雷诺应力模型预报不同雷诺数下的潜艇绕流

文章采用求解RANS方程的方法,结合五种湍流模型(κ-ε、RNG κ-ε、κ-ω、SST κ-ω、RSM),预报了SUB-OFF潜艇模型两种附体状态下(裸艇体+围壳、裸艇体+尾翼)的尾流场,也预报了SubB潜艇模型全附体状态下的尾流场,并与试验结果进行了对比分析,比较了五种湍流模型的计算精度,结果表明雷诺应力模型(RSM)预报的尾流场与试验最为接近.然后,利用CFD方法探讨了雷诺数对SUBOFF潜艇绕流影响的问题.计算了SUBOFF潜艇在不同雷诺数下的绕流,详细分析了尾流场轴向速度波动图、轴向速度等值线云图、边界层厚度和主附体接合部涡旋结构随雷诺数的变化.     

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.     

数值拖曳水池与潜艇快速性CFD模拟研究

详细介绍了中国船舶科学研究中心所建立的数值拖曳水池中的潜艇快速性CFD模拟研究.明确了潜艇阻力、流场、自航(艇/桨干扰)水动力以及螺旋桨敞水水动力的计算方法.同时对潜艇快速性算例进行了系统分析,详细给出了数值预报精度.这些算例的计算模型包含15条系列回转体模型、10条系列全附体潜艇模型、SUBOFF潜艇模型、多条供计算验证所用的潜艇模型和螺旋桨模型.文中的研究结果是数值水池的重要组成部分,可资今后潜艇绕流数值计算借鉴与采用.     

潜艇喷流流场数值模拟研究

采用数值求解RANS方程的计算方法,结合κ-ω湍流模型,模拟了潜艇模型在指挥台围壳开孔喷流后的流场和水动力.喷流孔布置在指挥台围壳的根部.详细比较了喷流孔位置、尺度、流量等要素对于潜艇流场和水动力的影响.计算给出了桨盘面无量纲速度、不均匀度系数u△、喷流孔附近的速度矢量分布以及喷流孔后的迹线.从涡量的角度初步探讨了喷流改善尾流场的机理.计算结果表明,喷流作为一种主动的流动控制手段可以有效改善潜艇流场品质,喷流流量是影响潜艇流场和水动力的最主要的因素,喷流孔流量与尺度最优值的选择要综合考虑水动力性能的变化.     

带前置导叶的潜艇尾流场的研究

本文采用发展的ＲＡＮＳ数值求解器，成功地对带前置导叶的潜艇尾流场进行了数值预报。算法中采用ｋ－ε湍流模型和壁函数，计算雷诺数为１０＾７，控制方程在正常网格下差分离散，运用了ＳＩＭＰＬＥＣ和ＡＤＩ技巧。针对潜艇尾端的收缩尖点，发展了一种可在直角坐标系下处理ｒ＝０问题的底面爬升网格技术。前置导叶的影响采用三维力场模型模拟，算例结果表明，本文的方法有效，并在设计者最为关心的桨盘面处轴向速度场已达到小于５     

指挥台围壳对潜艇尾流影响的计算研究

基于RANS方程利用SSTκ-ω湍流模型计算潜艇尾流场.把围壳划分为进流段与去流段两部分,设计三种新型围壳,并进行数值模拟,采用系列分析方法对尾流品质进行评价.对接合部涡与围壳尾流沿艇体的发展进行了分析.研究表明:光顺过渡的前缘型式较为合理地改变了涡量在桨盘面的分布,有助于改善尾流,光顺过渡的顶部型线可有效抑制梢涡的发生.     

B系列串列螺旋桨敞水性能参数匹配数值仿真

分析研究B系列螺旋桨的敞水性能,应用VB语言编制B系列桨回归方程的计算程序,数值过程基于雷诺平均纳维—斯托克斯(RANS)法处理数值粘性流场,采用Fortran语言、Pro/E和GAMBIT前处理软件联合建模并划分网格,研究湍流模型对螺旋桨敞水性能的影响,对串列螺旋桨数值计算验证和敞水性能参数匹配问题进行研究,分析其尾流和速度场的变化状况。结果表明:RSM模型为较佳湍流模型;合适的桨距比和叶错角可明显提高串列桨的敞水性能,串列桨后桨吸收前桨的尾涡能量,且随着与盘面处的距离增大,串列桨轴向诱导速度减少趋势快于单桨,可提高串列桨的敞水效率。     

潜艇流体动力学数值建模研究

受到潜艇前端与尾部结构的影响,潜艇在水下的动力学数值并不相同。动力叙述值的大小关乎着潜艇的结构振动与噪声大到小,直接决定着潜艇的水下安全。因此,提出潜艇流体动力学数值建模研究。首先,对潜艇的相关动力学参数进行建模;其次,对采用的流体动力学模型进行表述;接着,对研究所需的流体噪声参量进行研究,并通过引入动力学控制方程,完成对其参量的优化;最后,通过实验数据,对研究结果进行可行性验证。     

基于数值水池的潜艇横摇运动仿真

以CFD软件FLUENT为计算平台并进行二次开发,利用UDF模块及动网格技术建立数值水池,对二维矩形剖面及三维SUBOFF潜艇模型的水下自由横摇运动进行数值模拟。采用一种边界滑移动网格技术,保证网格不会发生畸变与重生的前提下,对物体的流场控制方程及刚体运动方程进行同步的耦合求解,计算其横摇周期和横摇阻尼等参数。     

潜艇受撞数值仿真的附加质量模型

潜艇受撞有限元数值仿真计算时需要考虑流—固耦合作用的影响,可以直接采用流-固耦合模型计算,但需要花费巨大的计算时间,也可以采用附加质量模型,在不影响计算精度的前提下,可以大大减小计算时间,提高计算效率.文中分别采用增加密度和增加质量点单元质量的方法建立了两种潜艇受撞的附加质量模型,并进行了有限元数值仿真计算,通过与流—固耦合模型计算结果对比、分析,表明采用后一种方法建立的附加质量模型与流—固耦合模型的仿真计算结果比较接近,可作为潜艇受撞有限元数值仿真的计算模型.     

潜艇锥柱典型节点表面裂纹扩展数值模拟

锥柱结合处是潜艇结构疲劳破坏的热点区域。本文以潜艇锥柱结合壳结构典型节点为研究对象,以断裂力学为理论基础,使用APDL语言对ANSYS软件进行2次开发,分析潜艇耐压壳结构典型节点表面裂纹在交变载荷作用下的扩展过程,并与试验结果进行对比,结果表明本方法可较好地模拟表面裂纹的疲劳扩展。     

艇模水下阻力试验方法研究与数值验证

采用钢骨架外敷玻璃钢的结构加工设计Suboff标模,针对不同的剑型以及剑艇连接方式,采用浅浸深方式开展艇模水下阻力试验,分析不同剑型与连接方式所带来的结果差异,并将其结果与ITTC公布的试验数据进行对比,最后在数值仿真的基础上,通过观察不同速度下的流场流速以及压力分布情况,分析连接剑装置对艇流场的影响。     

DARPA2潜艇模型非定常流动粘性流场和水动力计算

采用基于非结构化网格的有限体积法数值求解非定常的DARPA2潜艇模型粘性流场和水动力,应用动网格技术处理含有动态边界问题的非稳态运动状态,通过调整边界条件和部分松弛因子,使初始流场变量达到收敛精度,并采用编译的UDF对模型运动进行定义。为了得到较好的非定常结果,需要对初始流场进行讨论。用model-1对实验数据的拟合效果较好,数值计算结果稳定。要取得与实验一致的模拟效果,由实验中的不确定因素产生的误差是需要加以考虑的进行非定常数值模拟。     

艇模水下阻力试验方法研究与数值验证

采用钢骨架外敷玻璃钢的结构加工设计Suboff标模,针对不同的剑型以及剑艇连接方式,采用浅浸深方式开展艇模水下阻力试验,分析不同剑型与连接方式所带来的结果差异,并将其结果与ITTC公布的试验数据进行对比,最后在数值仿真的基础上,通过观察不同速度下的流场流速以及压力分布情况,分析连接剑装置对艇流场的影响。     

海底地形对浮体慢漂响应的影响研究

浮体在波浪中的运动经常受到海底地形的影响,文章基于势流理论,采用高阶边界元方法计算海底地形对浮体慢漂运动响应的影响,计算中充分考虑了海底地形在波浪传播中对其的绕射影响。计算结果表明,变浅的海底地形会导致波浪场的波高增加,浮体运动响应增大,分别对浮体相对海底地形不同位置时浮体受到的波浪力和运动响应进行了定性及定量的分析,分析了浮体相对海底地形不同位置时浮体的水动力特性及运动特性,说明为了更准确模拟近岸或者离岸线性约束浮体的水动力情况,海底地形的影响不能忽略。     

基于STAR-CCM+的潜艇周围复杂流场数值模拟

为研究潜艇周围复杂的流场分布,本文基于STAR-CCM+软件平台,结合SST k-?模型,通过求解Navier-Stokes方程,分别对均匀来流以及非均匀来流这两种来流方式下潜艇做直航运动以及斜航运动这四种工况下的周围流场进行数值模拟.首先计算了均匀来流下潜艇做直航运动时不同航速下的阻力以及表面不同位置处压力系数及摩擦阻力系数分布,与实验结果符合良好.接下来对四种工况下潜艇周围流场中的漩涡分布,尤其对位于指挥台围壳与尾翼这些附体附近区域的漩涡分布进行了分析,同时还计算了非均匀来流情况不同速度分布形式下潜艇的受力以及力矩,为潜艇平台回收AUV时路线选择提供参考.     

基于数值操纵水池的潜艇倒航操纵性研究评述

潜艇倒航操纵性研究是潜艇操纵性领域的难点问题。在调研和查阅了大量文献资料的基础上,综述了国内外潜艇倒航操纵性研究的发展概况,着重对潜艇倒航操纵运动数学模型、基于CFD的数值操纵水池技术和潜艇倒航运动操纵性能分析方法等方面存在的问题进行讨论,分析了基于数值操纵水池的潜艇倒航操纵性研究的可行性,提出了基于数值操纵水池的潜艇倒航操纵性研究的基本方法、需要解决的重点问题及关键技术。