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.     

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.     

带流水孔潜体流场数值模拟

本文通过求解RANS方程,结合PISO算法与k-ω湍流模型,数值模拟了带有两种不同形式流水孔(纵缝式与格栅式)潜体的内外流场.数值模拟给出了流水孔流场的精细结构,计算并分析了潜体各个壁面上阻力成分的大小与成因.计算得到的流水孔阻力增量与试验值吻合较好.对计算结果的分析表明:流水孔引起的阻力增量主要集中在导流板与流水孔壁上;内部空腔壁上的阻力值是可以忽略的小量;涡旋流动主要集中在导流板之间;流水孔阻力系数随雷诺数的增加而趋于一稳定值.计算结果表明,本文中使用的方法可用于模拟流水孔内外流场.     

潜艇近海底与近水面绕流数值模拟研究

采用求解RANS方程的方法,结合RNG k-ε湍流模型,对于某潜艇模型近海底和近水面绕流进行了数值模拟.计算了不同海底深度下潜艇模型的阻力、垂向力和俯仰力矩,也计算了同一海底深度下潜艇阻力随傅氏数的变化,研究表明当海底深度超过二分之一艇长时,海底对阻力的影响可忽略不计.自由液面捕捉采用VOF(Volume of Fluid)方法.计算了不同浸深下潜艇模型的阻力和自由液面波型,同时又研究了同一浸深下阻力和波型随傅氏数的变化趋势.研究表明,当浸深超过三分之一艇长时,自由液面波高迅速减小,自由液面对阻力的影响可忽略不计.计算结果与试验结果吻合较好.     

潜艇近海底航行附加质量数值计算

采用Hess-Smith方法编制三维物体近边界运动时附加质量计算程序，与椭球体的理论计算值比较验证了该程序的可靠性，利用MSC－Patran预处理软件对潜艇及底部边界进行网格划分，计算了潜艇在不同的海底间隙，不同的纵倾角及通过海底台阶时的艇体附加质量，得到潜艇在近海底航行时附加质量的变化规律。最后以海底间隙，艇体纵倾角和距海底台附距离为参变数，整理了潜艇近海底航行时附加质量的变化规律。     

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。     

潜艇操纵水动力数值预报网格与湍流模型选取研究

针对采用计算流体力学(CFD)数值方法预报潜艇操纵水动力中,网格划分和湍流模型选择的问题。以SUBO)FF潜艇模型为对象,对不同网格分辨率的模型进行了水动力计算,对网格的收敛性进行了研究,采用五种不同湍流模型,计算得到了不同漂角下潜艇所受水动力,并和试验结果进行了比较。研究结果表明,在采用CFD数值方法预报潜艇操纵水动力时,纵向力对网格分辨率有较高要求,而侧向力和力矩对网格分辨率要求较低,在湍流模型选择上,采用标准k-ω湍流模型能够获得与试验结果更相符合的计算结果,是目前硬件条件下潜艇水动力CFD预报比较合适的一种湍流模型。     

潜艇流场数值模拟及不确定度分析

为了分析计算流体力学预测结果的可信度问题,采用雷诺平均N-S方程,结合SSTκ-ω湍流模型,对验证研究用的美国DARPA潜艇模型SUBOFF光体湍流场进行数值计算,预报了艇体压力系数,计算流体力学预报值与实验基准数据有较好地吻合,并对雷诺平均N-S方程法进行了验证与确认,不确定度为1.52%.本文相关计算网格数20万左右,单机运行时间大约在2 h后得到收敛值,充分显示了计算流体力学方法在潜艇初步设计中预测水动力性能的高效性、可用性与可信性.     

带全附体潜艇尾流场的数值预报研究

本文在人工可压缩性方法得到的不可压缩守恒型Navier-Stokes方程的基础上,引入高精度的三阶基本无振荡格式（ENO）及通量分裂形式的LU分解方法,对某潜艇模型全附体的尾流场进行了数值模拟,取得与实验基本一致的结果。     

CSSRC在船舶粘流场计算流体力学领域中的研究与进展

本文在回顾近十年来国内外船舶ＣＦＤ领域研究进展的基础上，集中介绍了ＣＳＳＲＣ“八．五”期间取得的最新研究成果，内容涵盖了水面船舶尾流场、带附体潜艇整艇流场、船舶尾流场声与推进器相互干扰、船体与附体连接部位流场精细结构、鱼雷泵喷射推进器的ＣＦＤ模拟、螺旋桨粘流场等目前船舶ＣＦＤ领域最为热点的研究方向，最后作者对“九．五”期间船舶ＣＦＤ的发展进行了展望。     

水下航行体表面状态细节流动特性数值分析研究

本文采用数值求解RANS方程的方法,对于水下航行体表面状态细节(小突体、孔穴)的流动特性进行了研究.计算详细地给出了航行体带小突体与表面开设孔穴后的阻力与流场,结果表明它们对于航行体水动力性能有明显的影响,在设计中应加以优化处理.     

基于CFD的潜艇阻力及流场数值计算

运用雷诺平均N-S方程,使用CFD前处理软件ICEM CFD划分流场网格,采用RNG k-ε湍流模型,实现了对裸潜体、带指挥台围壳艇体、带十字尾翼艇体、全附体潜艇4种模型的阻力及粘性流场的数值模拟。通过数值模拟,得到了潜艇表面压力分布情况和附体附近流场的一些特性,为进一步优化潜艇的艇型和分析潜艇的流噪声打下了基础。而阻力的对比在一定程度上验证了数值模拟的可靠性。     

带附体潜艇尾流场的数值模拟与验证

  目的  为了更好地开展潜艇的概念设计、优化水动力布局及改善螺旋桨进流质量,  方法  基于STAR-CCM+仿真软件,针对主艇体、附体（指挥室围壳、尾操纵面）的不同位置处的壁面压力和摩擦力以及尾部桨盘面处的伴流场,对SUBOFF AFF-8潜艇模型水动力特性进行数值模拟,将无量纲化处理后的计算结果（压力系数、摩擦力系数）与实验数据进行对比。结合SST k-ω湍流模型,对比RANS,URANS和DES方法求解的结果,并利用艇体附近涡量图和尾部速度等值线分析计算结果产生差异的原因。  结果  结果表明,采用RANS方法可以同时较好地解决艇体水动力和尾流场的问题,且性价比较高;采用DES方法分析流场网格尺度控制很重要。  结论  采用RANS方法并结合SST k-ω湍流模型可较好地指导潜艇的概念设计、水动力布局优化,为改善螺旋桨进流质量、降低辐射噪声等提供一种手段。     

船行波对港口的影响

目前常规的港口设计中未考虑通航船舶对港口设施的影响,随着我国航运业的飞速发展以及船舶大型化的趋势,船舶活动对港口的影响也越来越大。归纳了大型船舶在港区及航道的不同通航条件,采用英国标准CIRIA C683中推荐的船行波计算公式对各种情况下通航船舶的船行波进行初步计算,分析船行波对港口的影响,并指出在港口设计中需要考虑船行波的情形。     

近冰面航行潜艇阻力及绕流场分析

[目的]采用数值模拟方法探究潜艇近冰面航行时的水动力性能.[方法]选取Suboff全附体潜艇模型为研究对象,在STAR-CCM+软件中采用RANS方法,再结合SST k-ω湍流模型和体积分数法计算艇体的水动力性能.然后进行网格无关性验证以及近冰面水动力特性分析的方法验证,以确定计算方法的有效性.[结果]结果表明,潜艇近...     

船闸平面形态突变对泄洪影响的数值模拟

岷江龙溪口航电枢纽工程中船闸与泄洪闸相邻布置,上闸首和闸室外墙结构断面不同导致船闸平面形态发生突变,泄洪时突扩区域将出现大范围回流、乱流等恶劣流态,影响枢纽泄洪。通过建立平面二维数学模型,计算闸室外墙前趾布置导墙前后的流场分布,结果显示：回流长度约为突扩宽度的2倍,按此范围布置导墙可基本消除回流,曲线形导墙能够使纵向流速等值线呈均匀递减分布,流态优化效果较好。