基于CFD方法的船/桨/舵干扰数值模拟

船/桨/舵相互干扰研究在传统船型优化设计和新船型的开发中具有重要意义。应用计算流体力学(CFD)方法对带桨的KCS集装箱船及带桨和舵的KVLCC2油船非稳态粘流场进行了数值模拟,其中船桨舵干扰计算分别采用动量源法、MRF法和滑移网格法,分析研究了各方法及其结果的异同。研究表明不同模拟计算方法均能合理预报出船/桨/舵相互干扰相互作用下速度场和压力场分布等详细流场信息,可用于计算船体阻力、表面压力和桨盘面伴流等。通过这种详细的数值模拟研究,可以更好地理解复杂流动干扰现象。     

不同舵参数对敞水舵水动力性能影响的数值研究

为探究不同舵几何参数对敞水舵水动力性能的影响,通过求解RANS方程并选取SST k-ω湍流模型,对不同舵参数下的NACA00系列敞水舵模型黏性流场进行数值模拟,对其水动力性能进行数值预报。首先,采用不同密度的网格进行收敛性分析,结果表明所采用的网格达到对数值计算的验证要求;然后,通过数值结果与试验数据的比较,对所采用的数值方法和所建立的数值模型进行了确认。在此基础上,计算了不同剖面翼型、展弦比和梢根比下的敞水舵水动力,并对数值结果进行了分析。结果表明,剖面翼型与展弦比对敞水舵水动力性能的影响较大,而梢根比的影响相对较小。     

浅窄航道会遇船舶水动力相互作用数值计算

该文应用CFD软件对两船在浅窄航道中会遇时的水动力相互作用进行数值研究,通过求解非定常RANS方程并结合RNG k-ε湍流模型,采用动网格技术及UDF进行船舶运动过程中的网格更新,对两船沿平行直线航行时的三维非定常黏性流场进行数值模拟,并对其相互作用水动力进行了计算。首先通过计算结果与试验数据进行对比,验证了数值方法的可行性和有效性;随后对四种船型在不同水深、航道宽度、两船航速比和船-船横向间距下的水动力进行了系列计算,通过结果分析得出了以上因素对两船会遇水动力相互作用的影响规律。     

带扭曲舵船舶自航因子数值预报

为研究扭曲舵的节能效果,以标准船模KVLCC2为对象,设计了合适的扭曲舵,进行基于CFD方法的实船自航因子预报。该文首先以带常规舵的船模为对象进行了船-舵模型阻力试验、螺旋桨模型敞水试验和船-桨-舵模型自航试验数值模拟,通过数值结果与试验结果的对比,验证了数值方法的有效性。然后根据螺旋桨尾部流场设计扭曲舵,进行了带扭曲舵的船-舵模型阻力试验和船-桨-舵模型自航试验数值模拟,基于数值模拟结果,分析得到了实船自航因子,并将其与带普通舵的实船自航因子进行比较;结果表明,所设计的扭曲舵可以较好地提高螺旋桨推进效率,使相同航速下的螺旋桨转速降低,达到期望的节能效果。     

限制水域内船后螺旋桨梢涡特性研究

为了探究船舶在限制水域中自航时螺旋桨的工作特性,该文基于商业软件STAR-CCM+,通过求解RANS方程对船舶在限制水域航行进行了数值模拟.首先对船-舵一体阻力、螺旋桨敞水性能和船-桨-舵一体自航进行了验证,证明了数值和网格划分方法的可行性;然后考虑不同的水深和船-岸距离,计算并分析了船舶螺旋桨的水动力和梢涡特性.研究...     

限制水域内船-桨-舵一体螺旋桨轴承力数值研究

为了探究浅水及岸壁效应影响下船-桨-舵一体自航时螺旋桨的轴承力,该文通过求解RANS方程,采用计算流体力学商业软件STAR-CCM+,对船-桨-舵一体在限制水域内自航进行了数值模拟。采用滑移网格技术来模拟螺旋桨的旋转,首先对船-舵一体阻力和船-桨-舵一体自航进行了验证,证明了数值和网格划分方法的可行性;然后对无限水域以及不同的受限水域四个工况进行了螺旋桨非定常轴承力的数值模拟。研究表明:随着水深和船-岸距离的同时减小,推力系数K_(Tx)和扭矩系数K_(Qx)均逐渐增大,非定常轴承力系数各分量随时间周期性变化;各系数在频域上脉动频率相同,其中K_(T x)和K_(Qy)的频率脉动峰值波动最大。此外,BPF、2BPF和3BPF脉动幅值随着水深和船-岸距离的减小呈现出不同的变化规律。     

基于时域格林函数的有航速船舶与波浪相互作用的数值模拟

基于深水时域格林函数的数值处理方法及开发的计算程序,采用三维时域数值模拟方法,在线性势流理论框架内对深海波浪中航行船舶的辐射问题和绕射问题进行了求解,研究探讨了航行船舶与波浪相互作用问题.研究中对不同航行速度的Wigley型船水动力系数和波浪力进行了数值计算,通过与试验及文献计算结果的比较,验证了三维时域数值计算程序的有效性.     

涡轮泵环形密封激振特性的数值计算

液体火箭发动机涡轮泵转子／流体密封系统稳定性研究的关键是密封激振流场和转子动力系数的计算。应用计算流体力学(CFD)方法对转动坐标系下的三维环形密封流场进行了准稳态数值模拟,在此基础上进行了转子动力系数的计算。计算结果和试验数据以及bulk-flow理论计算进行了比较。证明了带旋流修正k-ε湍流模型适用于密封流体激振的研究。     

动力定位系统中桨-船干扰问题研究

该文研究了静水中动力定位系统推进器的桨-船干扰问题。首先对动力定位系统推进器桨-船干扰的影响因素进行分析,如前桨尾流冲击后桨所造成的桨-桨干扰、柯安达效应以及摩擦损失造成的桨-船干扰等,而后利用数值模拟方法和模型试验重点对推进器方位角的变化所造成的推进器桨-船干扰分析研究。经对比分析,动力定位推进系统中桨-船干扰可造成44%的推力损失,是动力定位推进器安装布置不可忽略的因素。该文的研究对提高动力定位推进系统效率,加强动力定位能力具有重要的意义。     

AU5-65螺旋桨紧急倒车工况流场与涡流噪声数值模拟研究

该文利用大涡模拟(LES)与FW-H声学类比方法对AU5-65螺旋桨第一象限(前进正车)和第三象限(紧急倒车)下的流场与涡流噪声进行了数值模拟研究。在规范的网格收敛性分析和亚格子涡模型影响性分析的基础上，采用1 063万网格与SL亚格子涡模型，首先对螺旋桨敞水第一和第三象限不同进速下的流场与水动力性能展开了计算分析，并通过相关试验数据校验了计算方法的可靠性，将不同工况与不同进速系数下的瞬态流场、桨叶切面压力和涡旋结构演化等结果进行了对比分析；在此基础上，结合FW-H方程对AU5-65桨敞水正车前进与紧急倒车时涡流噪声频谱进行了计算分析，探讨了紧急倒车工况下的螺旋桨涡流噪声幅值与频率特征。研究结果表明，该文建立的数值计算方法适用于螺旋桨紧急倒车工况下的流动与噪声模拟。     

Hydrodynamic interaction.among hull,rudder and bank for a ship sailing along a bank in restricted waters

By applying a CFD tool to solve the RANS equations, the viscous flow around a model of hull-rudder system towed along a bank in shallow water is numerically simulated. Hydrodynamic forces and moments acting on the ship are calculated for different ship-bank distances and rudder angles. A container ship, KCS, is taken as an example for the numerical study. Under the assumption of low ship speed, the influences of free surface elevation and ship squat are assumed to be negligible. Based on the calculation results, the hydrodynamic interaction among the hull, rudder and bank is analyzed.     

壁面喷流船用舵水动力的理论预测

本文提出具有壁面切向喷流的船用舵水动力学计算的一种方法,其中用Theodorsen方法求解钝尾有分离的势流问题。用Spalding统一边界层理论作粘性计算,以及用Lighthill的当量源方法考虑粘性/势流的耦合效应。通过对一个特定舵的计算,发现壁面喷流对提高舵效有较大潜力,预测了壁面喷流舵在船舶应用上有其研制开发的前景。     

Numerical prediction of hydrodynamic forces on a ship passing through a lock with different configurations简

A CFD method is used to numerically predict the hydrodynamic forces and moments acting on a ship passing through a lock with a constant speed. By solving the RANS equations in combination with the RNG k-e turbulence model, the unsteady viscous flow around the ship is simulated and the hydrodynamic forces and moments acting on the ship are calculated. UDF is com-piled to define the ship motion. Meanwhile, grid regeneration is dealt with by using the dynamic mesh method and sliding interface technique. Under the assumption of low ship speed, the effects of free surface elevation are neglected in the numerical simulation. A bulk carrier ship model is taken as an example for the numerical study. The numerical results are presented and compared with the available experimental results. By analyzing the numerical results obtained for locks with different configurations, the influences of approach wall configuration, lock configuration symmetry and lock chamber breadth on the hydrodynamic forces and moments are demonstrated. The numerical method applied in this paper can qualitatively predict the ship-lock hydrodynamic interaction and pro-vide certain guidance on lock design.     

PREDICTION OF HYDRODYNAMIC PERFORMANCE OF THE FLAP RUDDER

1.　INTRODUCTIONAs an unconventional type of rudder,the flap rudder can enhance the lift force,improve the hydrodynamic performance and delay the occurrence of separation comparedwith normal rudders.Therefore flap rudders have been used on ships in many cases.In1 968,Kato etal.did the experimental researches on flap rudder in open water[1 ] .In 1 992 ,Kose et al.carried out tests to study the hydrodynamic performance of flap rudder in openwater and behind a propeller[2 ] .The researches …     

鱼尾舵水动力性能研究

本文提出了一种计算带制流板的鱼尾舵在螺旋桨流中水动力性能的方法。舵的水动力及其对周围流场的影响面元法计算，螺旋桨性能及尾流场通过无了叶数的简易螺旋桨理论来预估，而舵上下制流板的影响则应用升力面理论涡格法来计算。     

COMPUTATION OF HYDRODYNAMIC INTERACTION FORCES BETWEEN SHIPS BASED ON B-SPLINES

1 .　ＩＮＴＲＯＤＵＣＴＩＯＮＷｉｔｈｉｎｔｈｅａｓｓｕｍｐｔｉｏｎｏｆｓｌｅｎｄｅｒ ｔｈｅｏｒｙ ,Ｙｅ ｕｎｇ[1 ,2 ] ｆｉｒｓｔｒｅｃａｓｔｔｈｅｔｈｒｅｅ ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌｐｒｏｂｌｅｍｏｆｔｗｏｓｈｉｐｓｍｏｖｉｎｇｉｎａｓｈａｌｌｏｗｆｌｕｉｄｉｎｔｏｔｗｏｉｎｎｅｒｐｒｏｂｌｅｍｓａｎｄｏｎｅｏｕｔｅｒｐｒｏｂｌｅｍａｎｄｄｅｒｉｖｅｄａｐａｉｒｏｆｃｏｕｐｌｅｄｉｎｔｅｇｒａｌ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌｅｑｕａｔｉｏｎｓｆｏｒｄｅｔｅｒｍｉｎｉｎｇｔｈｅｕｎｋｎｏｗｎｃｒｏｓｓ ｆ…     

Numerical simulation of rotating arm test for prediction of submarine rotary derivatives

The numerical method is used for predicting the rotary-based hydrodynamic coefficients of a submarine. Unsteady RANS simulations are carried out to numerically simulate the rotating arm test performed on the SUBOFF submarine model. The dynamic mesh method is adopted to simulate the rotary motions. From the hydrodynamic forces and moments acting on the submarine at different angular velocities, the rotary derivatives of the submarine can be derived. The computational results agree well with the experimental data. The interaction between the sail tip vortex and the cross flow in the hull boundary layer is discussed, and it is shown that the interaction leads to the "out-of-plane" loads acting on the submarine.