潜艇阻力与流场的数值模拟与验证及艇型的数值优化研究

采用求解RANS方程的数值计算方法,结合k-ε、RNGk-ε与k-ω三种湍流模型,预报了数值方法验证研究用美国DARPA潜艇模型SUBOFF与CSSRC潜艇模型SM-x的阻力与尾流场,并将计算结果与试验结果进行了对比和分析,验证了数值方法的可靠性.然后,利用数值计算手段,对6条潜艇模型的尾流场进行了比较分析,选出了一条桨盘面不均匀度系数最优的艇型,并对指挥台围壳与尾翼进行了加设弧形填角(填角与附体一体化)的设计,数值预报了填角对于尾流场的影响,从涡量角度探讨了填角处的流动机理,结果表明填角能够改善桨盘面的入流品质.对于"木"字型尾翼的尾流场也进行了数值模拟分析.数值优化手段的可行性得到了验证.     

粘流中舟艇水阻力与自由面流场的数值计算

基于粘流理论研究了舟艇的水阻力与自由面流场.数值计算中,控制方程为完整的N-S方程,并采用κ-ε两方程湍流模型封闭雷诺方程,对自由表面的追踪采用VOF方法.为验证本方法的正确性,以系列60船模进行了考核,得到了不同航速下的船体水阻力、自由面流场和相应的粘性阻力系数.并把计算结果与已发表的试验结论及其他计算结果做了比较,结果表明,本文的计算方法是可信的.     

雷诺数对潜艇粘压阻力和尾部伴流场影响的数值计算研究

采用数值计算方法对SUBOFF潜艇的主艇体模型和全附体模型在不同雷诺数条件下进行三维粘性流场数值模拟。将低雷诺数条件下的计算结果与试验结果进行比较,验证计算方法的可靠性;利用数值计算技术分析潜艇工程设计和试验中出现的问题,包括潜艇实艇阻力预报方法研究和雷诺数对潜艇尾部伴流场的影响研究。     

船舶前缘引流减阻及流场特性数值模拟

为了减少船舶的粘性阻力,针对一条中低速船舶在其前缘开孔引流探索减阻效果。不计自由液面的影响,采用有限体积法和SIMPLEC算法,湍流模型为SSTk-ω两方程模型,压力采用标准格式,动量方程、湍动能方程和湍流耗散比率方程均采用二阶迎风格式,耦合求解Navier-Stokes方程和连续性方程,分析前缘引流对船体周围流场的影响及减阻效果。计算结果与原型船模的对比性分析显示:船艏压力系数明显降低,尾部压力系数有变化,船体壁面切应力略有降低,引流后总减阻率达到2%以上。     

机舱进风围阱阻力特性数值分析及结构优化

机舱进风围阱的阻力直接影响电动通风机的工作性能,对机舱通风效果有重要影响。建立进风围阱流场离散模型,利用计算流体力学（CFD）软件FLUENT求解描述进风围阱气流场的Navier-Stokes方程组,并对机舱新风进风围阱的实际结构及其优化结构进行了阻力特性计算。结果表明：在对船体结构进行各种合理优化后,其通风阻力特性都得到了不同程度的改善。通过综合评估,最终选择了性价比最高的优化方案,优化后进风围阱的阻力降低了32.73%。

     

游弋式养殖工船阻力与流场特性数值模拟

考虑到游弋式养殖工船在不同养殖海域转场养殖以及紧急规避恶劣海况过程中,其快速性优劣对养殖安全及人员安全有重要影响,以某游弋式养殖工船为研究对象,针对其总体设计要求确定初步型线方案,基于初始船型采用RANS方法开展阻力性能数值模拟,并通过模型试验对比验证数值方法的精度。分析增设海水箱后的全附体模型各阻力成分变化及整体流场分布,结果表明,作为典型低速肥大型船舶,当前速度范围内游弋式养殖工船摩擦阻力占比较大,随着航速增加剩余阻力系数呈现先下降后上升的趋势;全附体模型各海水箱分布有漩涡,后壁动压出现局部上升,均会导致粘压阻力增大。游弋式养殖工船艏艉舭部存在舭涡,桨盘面处伴流分数偏低但均匀性较差。     

尺度效应对全附体潜艇阻力数值计算结果的影响

采用数值计算方法对SUBOFF潜艇的全附体模型进行三维粘性流场数值模拟,将雷诺数为1.2×107时的计算结果同试验结果进行比较,验证了计算方法的可靠性 采用不同数量的网格分别对不同尺度的SUBOFF模型在高雷诺数条件下的流场进行数值模拟,研究网格数量和艇体主尺度大小对高雷诺数条件下潜艇阻力计算结果的影响,通过对计算结果的分析,获得了尺度效应和网格数量对潜艇阻力数值计算结果的影响规律。     

潜艇实艇阻力预报方法研究

分析潜艇阻力预报的方法和特点,采用数值计算方法对SUBOFF潜艇的主艇体模型和全附体模型在不同雷诺数条件下进行三维粘性流场数值模拟,将低雷诺数条件下的计算结果同试验结果进行比较,验证了计算方法的可靠性;通过对计算结果的分析,获得潜艇粘压阻力系数随雷诺数变化的规律,对潜艇实艇阻力预报提出一些建议。     

空泡尾部流场特性数值模拟研究

使用商用软件FLUENT6.0,对不同的空泡形态下空泡尾部的阻力特性进行了数值模拟研究.研究表明,随着通气率的增大和空泡形态的增长,运动体尾部阻力系数逐渐减小,并且在减小至谷底后又开始回升.尾部压差阻力系数大于粘滞阻力系数,二者均随着通气率的增加而减小.并且压差阻力系数在达到最小值后开始逐渐增大,因而使得总尾部阻力系数在减小至谷底后开始回升.运动体尾部沾湿长度随着通气率的增大而减小,尾部阻力系数则随着尾部沾湿长度的增大而增大.     

耙腔流场分析与结构优化

针对耙吸挖泥船的耙头在挖掘黏土时,其内部流场情况不明晰的问题,本文对耙腔内部流场进行了仿真计算、分析及优化。采用计算流体动力学(CFD)值模拟计算技术,分析新老耙头的总压差、静压差及截面流速的变化情况。得出设置反弧形导流板后,腔体内部漩涡区域减少,能量损失降低,清水流动性能提高。结果表明：新耙头内部设置流线型腔体,可使流动平顺,输送阻力降低,截面流速趋于合理。其各项性能均优于老耙头。     

喷水推进器进水流道流动性能的数值分析

针对喷水推进器进水流道方案,利用CFD软件Fluent对不同流道倾角、唇角半径及形状、斜坡半径下的喷水推进器性能进行数值模拟。通过分析进水流道效率、出流口加权平均角、不均匀系数、唇部驻点位置等,对进水流道的流动性能进行对比分析。结果表明,当进水流道倾斜角取32°、唇角形状取圆弧、唇角半径取3 mm、斜坡半径取1 050 mm、其余参数与原始进水流道的整体参数相同时,进水流道的效率达到94.2%,优于原始进水流道的效率80.4%。     

船舶喷水推进器进水流道效率的数值计算

根据第21届、23届及24届ITTC关于喷水推进器能量公式的不同定义分别推导了进水流道效率的3种计算公式。在保持总流量不变的条件下,用满足最小偏差量的半椭圆来拟合进流面的形状,以CFD为工具对进水流道效率进行数值计算。对比分析7个不同进流面位置的计算结果,证明了进流面选在进口前1倍叶轮直径处是实用而合理的。研究结果表明,包含动能、压能、势能的进水流道效率公式最为合理,包含动能和压能的公式在CFD计算时可以作为流道效率的简化公式;重力对流道效率的计算值没有影响;由简化公式得到的计算方法可以大大减少计算量。     

喷水推进器进口流道水动力性能分析

[目的]研究喷水推进器进口流道主参数对其性能的影响,为喷水推进器设计提供依据.[方法]基于STAR-CCM+商业软件,通过定常雷诺平均NS方程(RANS),数值模拟分析不同进速比(IVR)工况下喷水推进器进口流道轴线高度和进流角度对其水动力性能的影响,并根据国际拖曳水池会议(ITTC)的不确定度分析规程进行数值不确定度...     

舰载飞机发动机尾流场数值模拟

  目的   目前,美、俄两国航空母舰的挡焰板均采用海水冷却系统,虽然水冷效果较好,但存在管路复杂、维修和维护不便等问题。因此,  方法   借鉴涡轮叶片气膜冷却的方式,利用气体射流可以带走和隔离发动机高温尾喷流的特点,提出不依赖冷却水的射流冷却式挡焰板方案。对挡焰板上形成冷却气膜的射流槽位置和开孔数进行研究,运用CFD方法对采用不同射流孔方案的挡焰板温度等指标进行计算,并对其冷却效果进行对比分析,以验证该方案的可行性。  结果   结果表明,射流冷却方式可将挡焰板上95%表面核心区的平均温度降至可接受的范围。  结论   该隔热冷却方式效果显著,可有效实现对挡焰板的热防护。所提设计方案和数值分析方法对新型挡焰板方案及冷却方式设计具有一定的借鉴作用。     

喷水推进装置尾板法兰和进流管道腐蚀原因及防腐对策

针对某型艇喷水推进装置尾板法兰和进流管道腐蚀的现象,对在役艇尾板法兰和进水流道存在的腐蚀现象进行分析,并提出了相应的治理对策和改进设计措施。     

高速船波浪增阻数值预报方法研究

海洋气象因子fw是国际海事组织（IMO）提出的EEDI计算公式中的重要成分,而船舶波浪增阻是决定fw的关键,由于国际上关于高速船波浪增阻预报方面的研究很不完善,为此文章基于二维半理论求解水动力和运动响应,利用几种不同方法对波浪增阻进行计算,并与模型试验结果相比较,在此基础上,推荐了一种适合计算高速船波浪增阻的方法。     

Numerical estimation of ship resistance in broken ice and investigation on the effect of floe geometry

In this paper, a numerical model based on the non-smooth discrete element method is presented to investigate the effect of ice floe shape on ship resistance under low-concentration broken ice condition where ice fields consist of relatively small and unbreakable floes. The accuracy of the numerical model is validated by the comparison with a series of experiments conducted by the authors with artificial ice floes made from polypropylene (PP) material. The mean ice resistance estimated by the numerical model is in fairly good agreement with both the experimental results and those from the existing semi-empirical formulas. Additionally, the floe shape effect captured in the experiment, i.e. “rectangle-like” floes results in higher resistance than “elliptic-like” floes, is also predicted by the numerical model. Then, the validated numerical model is used to further investigate the effect of floe shape on ship resistance. It has been found that the rectangle floe results in higher ice resistance than other studied floe shapes. The ratio between the maximum and minimum caliper diameters of floe shows little influence on the ice resistance of ship. Finally, the effect of ice thickness on the ice resistance is also discussed.     

破冰船冰区操纵性能离散元分析

  目的  极地船舶在极地航行时,复杂的冰阻力不仅会给船舶带来结构上的威胁,还对船舶的操纵性提出了新的挑战,尤其当船舶在层冰区中进行转向运动时,挑战更大。近年来的研究主要集中在船—冰碰撞的强相互作用上,而少有研究流体对冰阻力的影响。  方法  采用非线性有限元法,基于适当的冰材料模型和合理的耦合破坏模式,研究船舶回转运动过程中冰与船之间复杂、强烈的非线性相互作用。同时,采用流固耦合方法,研究流体对船—冰相互作用的影响。  结果  数值结果与经验公式的对比确定了模拟的有效性与可靠性,其中对比有、无流体作用时船舶受到的纵向、横向和垂向冰阻力情况显示,计及流体影响时,船舶的冰阻力在3个自由度上会有明显提升。  结论  船舶破冰回转运动中考虑流体对冰阻力的影响,能准确预测船舶回转时的冰阻力且能有效保证船舶的航行安全。     

船舶伙食冷库内气流组织模拟与分析

通过对船舶伙食冷库内气体流场的CFD模拟计算和实例验证,分析伙食冷库内气体流场在冷库不同工况下的变化规律,并通过冷库开门热实验,研究冷库在使用中开门入库取物时的开门热对冷库内气体流场的影响,为计算、设计并优化冷库气流组织和设备布置提供依据。     

喷水推进进口流道倾斜角对其效率影响分析

喷水推进进口流道特征参数较多,各参数之间相互联系,当改变其中某个特征参数时,其他参数也会发生改变。本文通过推导得出各特征参数之间的关系,并以此为基础,在给定进口流道特征直径D、流道高度H、流道总长度L的条件下,以流道倾斜角为变量,开展进口流道的设计和建模,借助CFD技术研究进口流道效率与流道倾斜角之间关系。研究结果表明,在一定范围内进口流道效率会随着流道倾斜角的增加而降低,但是下降幅度不大。这一重要结论对进口流道结构与水动力权衡设计有较强的指导意义。