极地物探船破冰阻力数值仿真及试验研究

由于极地物探船作业的特殊性,极地海域冰况对物探船阻力会产生较大的影响.开展极地物探船冰阻力性能研究对船型开发具有重大意义.本文利用数值仿真方法和冰池模型试验方法研究极地物探船在平整冰区的航行过程,并对比分析2种研究方法的试验现象和结果.研究表明:数值仿真方法可以较为准确地反映出极地物探船在平整冰区的航行过程和冰层的破碎...     

冰区船艏部连续破冰模式下破冰阻力数值计算研究

随着计算机技术的发展,数值计算方法已经成为研究冰区船航行性能的有效工具。本文在依托中国船舶科学研究中心小型冰水池（CSSRC SIMB）对破冰船艏部破冰阻力及破冰模式试验研究的基础上,采用离散元基本原理,建立离散元数值计算模型Bri-DEM,对连续破冰模式下船艏模型的破冰阻力进行数值计算,分析冰层破坏模式,并利用冰水池模型试验数据和经验公式对其进行校核,最后利用该计算模型对冰厚和船艏倾角的影响进行预报。研究成果可为冰区船舶冰阻力预报、航行性能评估和船型设计优化等提供有益的技术参考。     

冰区船首部连续破冰模式下破冰阻力模型试验研究

在众多冰区航行船舶冰阻力预报的方法中,冰水池模型试验是最为准确和可靠的一种方法.论文依托中国船舶科学研究中心小型冰水池,设计了一条破冰船船首模型,开展了不同航速下的层冰试验和预切割冰试验,研究冰阻力与速度的相关性.通过船首模型总冰阻力和不同部位冰阻力的精细测量,提取冰阻力的不同成分,分析总冰阻力与各分量之间的关系.利用...     

极地自破冰科学考察船防寒设计研究

针对当前我国在极地船舶防寒设计技术方面较为薄弱的现状,通过梳理相关规范对于防寒设计的要求,明确船舶在低气温区域航行时,遭受积雪和冰冻等影响后可能存在的风险,理清船舶防寒设计需要考虑的各类对象,研究分析各类防寒措施的分类及其应用范围,并且明确了涉及推进操作以及人员与船舶安全等方面的设计对象和常规工作相关的设计对象之间应用防寒措施的区别;基于上述研究形成了极地自破冰科学考察船相对完整的防寒设计方案,为我国后续新造极地破冰船的设计与建造提供参考。     

极地钻井船系泊冰阻力与运动响应数值模拟研究

论文建立了系泊状态下的极地钻井船与平整冰相互作用的二维数学模型,首先通过几何方法搜寻船体与冰体之间相互接触的所有区域来模拟平整冰在船体水线面处的破冰过程,再采用半经验的冰阻力计算公式模拟冰块的翻转和滑行过程。利用该数值模拟方法获得了Kulluk号极地钻井船的冰阻力、系泊力及运动响应的时间历程,并将数值模拟结果和钻井船冰区实测结果进行了对比。研究表明,数值模拟结果与实测结果总体而言吻合,论文的数值模拟方法能够较好地模拟系泊冰阻力随冰厚和冰速变化的规律,具有一定的工程应用价值。数值模拟与实船实测结果之间存在一定的差别,产生的主要原因是实测数据较少,数据统计时存在一定的不确定性。     

破冰型大型航标船线型开发设计及破冰阻力评估研究

结合北海航海保障中心大型航标船的破冰功能需求,为本船选取合理的推进功率,对本船具有破冰功能特点的线型设计进行分析论述,同时运用破冰阻力经验公式对本船在一定冰厚和航速下的破冰阻力进行估算,结合冰池试验结果对破冰阻力数据进行对比分析,并进行冰区航行的快速性评估。     

极地自破冰科学考察船重量和重心控制技术

为解决船舶建造过程中出现的实船的重量和重心与设计目标不符的问题,需在设计和建造船舶过程中对全船的重量和重心进行有效控制。以"雪龙2"号极地自破冰科学考察船为对象,对设计和建造该船过程中的重量和重心控制进行介绍。通过提前梳理控制对象、采取控制措施、合理分配许用公差、慎重处理超差问题、严格执行控制制度和全过程动态执行计划等方法,确保实船的重量和重心逐渐向设计目标回归,最终归纳出一种较为完善且有效的极地自破冰科学考察船建造重量和重心控制技术。     

破冰船连续破冰的冰阻力预报

[目的]为了准确评估破冰船在平整冰区航行时连续破冰过程中所受的冰阻力,同时了解不同预报方法的特点,采用经验公式法、数值模拟法以及船模试验法,对破冰船在平整冰中连续航行时的冰阻力进行预报。[方法]使用非线性有限元软件DYNA,分别基于传统有限元与黏聚单元法构造冰层数值模拟模型,模拟平整冰与破冰船相互作用时发生的弯曲断裂以及相互作用的过程。同时,采用经验公式法,用3种不同的经验公式进行冰阻力计算,对影响经验公式法预报结果的参数进行敏感性分析。[结果]研究发现:冰阻力随航速、冰厚度以及弯曲强度的增大呈上升趋势,其中冰厚对冰阻力的影响最大。3种经验公式中,Lindqvist公式的预报结果与船模试验结果更为接近,而Vance和Lewis公式更为保守。传统有限元与黏聚单元法在冰厚较小的情况下,冰阻力预报结果更准确,冰厚较大时误差较大,约25%。在冰厚较小航速较高的情况下,黏聚单元法预报的冰阻力值较传统有限元方法更为准确,与船模试验结果相比精度误差在10%以内。[结论]在实际的冰阻力预报中,可结合经验公式法与数值模拟法,兼顾预报结果的准确性与高效性。     

CFX数值模拟低速双尾船阻力计算的应用研究

介绍了计算流体动力学的分析软件CFX,以水池做过的一个船模阻力试验为原型,选用不同的网格划分和不同的湍流模型用CFX分别进行了船舶阻力计算,通过比较计算结果得到了对双尾船舶用CFX计算其在低傅汝德数下阻力值的一般规律.     

CFX数值模拟低速双尾船阻力计算的应用研究

本文简单介绍了计算流体动力学的分析软件CFX，以水池做过的—个船模阻力试验为原型，选用不同的网格划分和不同的湍流模型用CFX分别进行了船舶阻力计算，通过比较计算结果得到了对双尾船舶用CFX计算其在低傅汝德数下阻力值的一般规律。     

喷水推进三体船阻力与自航数值模拟研究

  目的  半滑行船型（弗劳德数Fr >0.4）的航行姿态（升沉和纵倾）对船舶阻力性能影响显著,重点探讨半滑行状态下航行姿态对三体船型阻力成分（摩擦阻力和压差阻力）的影响规律。  方法  采用k-ε湍流模型,使用重叠网格技术,对三体船型的静水阻力问题进行CFD数值模拟研究。计算三体船的2种状态（自由航行状态和固定航行姿态的状态）,比较上述状态下的阻力成分,分析航行姿态对阻力成分的影响规律。  结果  计算结果表明,在半滑行状态下,由航行姿态引起的总阻力变化超过20%;航行姿态变化对压差阻力影响显著,约高达50%,而对摩擦阻力的影响则相对较小,不到8.5%;由航行姿态引起的阻力增加,90%以上来自压差阻力的变化。  结论  准确预报航行姿态及由此产生的压差阻力变化对半滑行三体船型非常重要。     

潜浮式无人船多工况阻力试验与数值模拟研究

本文针对一种潜浮式无人船的多潜深航行工况开展了阻力性能试验,并通过CFD软件STAR-CCM+对船体的阻力进行了数值模拟。分别对水面航行工况、边缘潜深工况和多组完全浸没潜深工况下阻力性能试验与数值模拟的结果进行了分析讨论。得出了低速航行时水面航行工况下总阻力较小,高速航行时边缘潜深工况阻力随速度增加迅速增大,完全浸没潜深工况随潜深增加阻力逐渐减小的结论。并通过可视化处理分析了多工况下船体的兴波情况、船体表面压力以及船体附近流场情况。本研究的方法和结论可以为潜浮式无人船的工程应用提供技术指导和支持。     

喷水推进三体船阻力与自航数值模拟研究

建立考虑纵倾角及重心升沉等姿态变化的喷水推进三体船阻力数值计算方法,并与船模拖曳阻力试验进行对比,再开展船模自航试验的数值模拟,分析数值计算与模型试验的误差。通过数值模拟可以进一步得到喷水推进器上各部件的受力情况、泵的流量、扬程及其他流场信息,为研究船体与喷水推进装置的相互作用影响规律以及喷水推进与高速三体船的总体匹配设计提供参考。     

基于CFD的一种无压载水船阻力数值模拟

为解决船舶压载水问题,在无压载水船设计理念贯通流系统的基础上,利用连通管路对其进行改造,提出一种船舶无压载水化新思路。同时,以系列60船型改造后的新船型作为研究对象,基于CFD方法,选用混合网格和RNG 湍流模型对其进行阻力数值模拟,利用黏性流对叠模求解。为验证网格划分和数值方法的合理性,首先,对系列60船型进行数值模拟,计算结果与传统实验数据基本吻合。然后,对新船型进行阻力数值模拟,并将其与系列60船型的阻力数据进行比较分析。结果表明,新船型降低了船舶阻力,优化了水动力性能。     

极地双向破冰船艉部线型适应性分析北大核心CSCD

[目的]为保证极地双向破冰船的破冰航行能力,需重点开展该类船舶的艉部线型设计。[方法]通过调研大量现役极地船舶和梳理现行规范,研究吊舱推进单元的冰载荷作用模式以及冰在船舶作用下的破坏过程,进而开展吊舱推进式极地船舶艉部线型的关键设计特征参数分析与适应性分析。[结果]研究结果表明,艉封板倾角将直接影响破冰时船体作用于海冰的水平分力和垂直分力,可适当增加该倾角以有效引导海冰的弯曲断裂;W型艉封板横剖线型可以调和流场优化与碎冰外排效率之间的矛盾;吊舱安装底座可以发挥一定的破冰作用,但将影响吊舱流场;艉鳍对船尾流场和碎冰外排也存在较大影响。[结论]研究成果可为吊舱推进式极地船舶艉部线型的适应性优化设计提供参考。     

极地破冰船的破冰技术发展趋势研究

本文对国内和国外目前先进破冰技术和学者们对破冰技术的研究进行归纳和整理,重点介绍新涌现的极地破冰船的破冰技术,并对未来破冰船的发展趋势进行研究,为极地破冰船未来发展的研究方向提供有益参考。     

极地破冰科考船建造关键技术

为系统性解决未来中国极地船舶建造工艺瓶颈,该文总结了“雪龙2”号建造过程中“冰、寒、科考”的一系列工艺技术难题,从总装厂建造工艺出发,梳理了破冰结构建造、御寒技术设计及极地科考设备安装调试等方面的关键点,取得了极地破冰科考船建造关键技术的突破;提出了结构建造技术优化、防寒系统设计等方面要点;初步构建起面向极地破冰科考船全寿命周期的精细化建造工艺技术体系,并就重型破冰船开展了建造技术预研攻关,提出了下一步研究方向。     

连续破冰模式下极地破冰船艏部冰载荷计算方法研究

极地破冰船在破冰过程中的冰载荷预报是破冰船设计过程中亟待解决的问题。论文根据能量守恒原理提出了连续破冰模式下冰载荷的分析方法;运用非线性有限元软件模拟破冰船的连续破冰过程,获得不同冰厚和不同船速下的船艏碰撞力时历曲线。通过理论计算及数值仿真结果的对比分析,证实作者提出的连续式冰载荷理论计算公式和数值仿真方法的可行性。计算方法及计算结果对于破冰船结构设计具有重要的参考价值。     

五体船兴波阻力线性理论计算与CFD数值模拟

五体船是继当代三体船之后提出的又一种多体新船型,该新船型付诸实用前必须对其兴波特性和侧体布局减阻设计进行研究。根据五体船各片体的科钦函数线性叠加和坐标变换原理,提出了基于片体科钦函数展开的分项算法和基于片体科钦函数叠加的整体算法求解多体船兴波阻力,得出了单体船、三体船、五体船通用的线性兴波阻力公式。应用CFD通用软件进一步分析五体船阻力及片体兴波干扰特性,提出了基于CFD模拟的自由面波形观测的五体船片体布局优化,对各种侧体布局下的五体船兴波特性直观地定性判定。根据综合兴波阻力线性理论计算和粘性流体动力CFD求解所得五体船阻力结果及其特性,提出具有工程实用意义的五体船优化构型方案。研究表明,势流线性理论计算和CFD求解五体船阻力的方法和所得五体船优化构型方案具有广阔的应用前景。