时域格林函数法求解有航速船舶运动问题

准确预报波浪诱导运动和载荷响应在船舶设计中起着重要作用。该文基于三维时域Green函数法,应用改进的精细积分算法实现Green函数的精确数值计算,在此基础上,自主开发了船舶以定常航速在规则波中运动的三维时域数值模拟程序。为了验证理论方法及算法程序的可靠性,对Wigley型船在迎浪规则波中航行时的波浪力和运动响应进行了数值模拟,通过与试验值及频域计算结果的对比发现,三维时域数值模拟程序是稳定且可靠的,可用于解决有航速船舶在波浪中的微幅摇荡运动问题。     

基于数值波浪水池的波浪中船舶水动力计算

此文基于CFD方法建立了数值波浪水池,模拟了波浪的生成和传播,并对规则波浪中航行船舶的水动力进行了计算研究.文中讨论了适合船舶在波浪中航行的数值模拟的波浪环境表达,验证了参考坐标系下数值波浪水池中波浪生成和传播及消波等,模拟计算了多个航速项浪与斜浪航行的约束Wigley-Ⅲ船模的水动力以及项浪中航行船舶的波浪增阻.计算结果与DUT(Delft University of Technology)的试验数据及势流理论的结果吻合良好.对比和研究表明,本文的方法能细致描述船舶周围的流场,且比实验更易实现和控制,在船舶的水动力性能分析和运动预报等方面具有广阔的应用前景.     

船舶在长峰和短峰不规则波中运动的三维时域数值模拟

船舶在真实海况中的航行性能越来越受到重视。此文在规则波中航行船舶运动的时域预报方法的基础上,发展了长峰和短峰不规则波的数值模拟技术,建立了航行船舶在长峰和短峰不规则波中运动的三维时域数值模拟方法,并应用该方法对一条10万吨油轮进行了数值模拟研究,计算了该油轮在长峰不规则波中的运动响应。试验和计算结果表明此文方法有一定的精度。最后还对该油轮进行了短峰不规则波中运动的数值模拟。长峰和短峰不规则波中的计算结果比较表明短峰不规则波对该油轮运动可产生较大影响。     

数值波浪水池中航行船舶辐射问题的数值模拟

基于CFD方法,建立了数值波浪水池,就Wigley-Ⅲ船模在不同航速下摇荡运动辐射问题进行了数值模拟,给出了一种求解航行船舶辐射运动的水动力系数的方法.计算分析了船体相关模态运动的附加质量与阻尼,与势流理论结果、DUT(Delft University of Technology)的试验数据进行了比较,吻合良好.对比和研究表明,本文的方法比实验更易实现和控制,能细致描述船舶周围的流场,在船舶水动力性能的分析预报等方面具有广阔的应用前景.     

流体黏性对迎浪航行船舶运动和波浪增阻的影响

对在规则波中迎浪航行的大型油轮KVLCC2船模,为了研究流体黏性对船舶运动和水动力的影响,分别采用求解RANS方程和求解欧拉方程的方法,应用CFD软件STAR-CCM+对黏性流场和无黏流场进行了数值模拟。采用GCI方法对数值不确定度进行了分析,验证了数值方法的有效性;采用湍流模型和无黏流模型对船舶在一系列波长的波浪中的运动和水动力进行了数值预报,并将数值结果与现有实验数据进行了比较。结果表明,流体黏性对船舶运动影响很小,对共振状态附近的波浪增阻有一定的影响。总体上,对船舶迎浪航行流场的数值模拟,忽略黏性能保证一定的计算精度而提高计算效率。     

三维溃坝波绕方柱剧烈流动的数值模拟

该文采用自主开发的非定常黏性流动问题求解器naoe-FOAM-SJTU,对三维溃坝波和直立方柱相互作用问题进行数值模拟.求解器naoe-FOAM-SJTU是基于开源代码OpenFOAM的数据结构、工具箱和基本流场求解器,专门面向研究船舶与海洋工程水动力学问题而开发的数值计算程序,它可以模拟三维波与物体相互作用等复杂问题,能够较精确的模拟波浪破碎、翻卷等复杂自由面演化过程.计算结果给出了三维溃坝波的演化过程,包括溃坝波和直立方柱相互作用过程中的波面爬高、破碎及翻卷现象,给出了方柱附近的涡流场;并分析了流体黏性效应的影响,得到了直立方柱受溃坝波拍击作用的水动力时间演化过程图,计算结果与实验数据吻合较好.计算结果表明,采用naoe-FOAM-SJTU求解器可以有效地模拟有复杂波面演化的剧烈流动问题,较准确地预报波浪在结构物上的爬高和拍击力.     

船舶在波浪中运动的非线性时域数值模拟

为了可靠地模拟高速及大外飘船型在恶劣海况中的运动响应,该文在基于Rankine源的线性时域数值预报方法的基础上,通过在运动方程中添加考虑瞬时湿表面影响的非线性恢复力和入射波力,建立了船舶在波浪中运动的非线性时域数值模拟方法。该方法在数值计算中仍采用线性自由面条件、平均湿表面面元,采用数值海岸技术来满足自由面上的辐射条件。应用本文建立的非线性时域数值模拟方法对高速水面船DTMB5512和大外飘集装箱船Flokstra进行了顶浪状态下的数值模拟研究,数值计算结果表明非线性时域预报方法计算结果较线性方法更接近于试验结果,说明该文方法的有效性。     

二维半理论的船舶运动及波浪增阻计算适用性研究

波浪增阻是计算船舶能效指标中气象因子w_f的关键。该文基于二维半理论(又称高速细长体理论)实现了船舶运动响应预报并采用辐射能量法开发了波阻增加计算程序。通过对不同航速下Wigley III和S175船的水动力、运动和波浪增阻的细致计算与分析,并与切片理论和三维航速修正法求解的结果及试验值进行了比较,验证该方法的可靠性和适用性。研究表明二维半理论适用于船舶运动与波浪增阻的计算,相较于工程上常用的切片理论和航速修正方法,计算结果准确性适用性更高,为船舶波阻增加预报提供了快速有效的手段。     

CFD方法模拟高航速DTMB5415艏波破碎

船舶高速航行时船艏处会经常发生波浪破碎现象,艏波破碎会伴随着复杂的流场变形还会造成能量损失形成破波阻力,对艏波破碎流场的数值模拟是目前水动力学研究中最为复杂的问题之一.该研究采用基于OpenFOAM自主开发的求解器naoe-FOAM-SJTU,针对标准船模DTMB进行了艏波破碎的数值模拟.计算离散方法采用有限体积法,利...     

DTC在斜浪作用下船舶漂移力的计算

船舶在波浪中行驶时,船体会在波浪力的作用下改变原有的航向。为了估计波浪对船舶操纵性能的影响,该文对波浪作用下的DTC(Duisburg Test Case)船模进行了计算,对船舶受到的平均波浪力进行了分析并与试验进行了对比。计算基于自主开发的naoe-FOAM-SJTU求解器,利用VOF(Volume of Fluid)方法对自由液面求解,利用重叠网格技术和六自由度运动模块对船舶的波浪运动响应进行了计算,利用waves2Foam开源程序对数值波浪进行模拟。计算结果显示,波浪平均漂移力的计算结果与试验结果吻合良好,波浪频率对船体受力及运动起主导作用。同时计算也捕捉到了波浪对船体的强烈砰击作用。该文实现了对波浪漂移力的精确模拟,为进行船舶在波浪中的运动计算模拟及分析提供了支持。     

An iterative Rankine BEM for wave-making analysis of submerged and surface- piercing bodies in finite water depth

A 3-D iterative Rankine Boundary Element Method （BEM） for seakeeping problem in time domain is developed in the framework of linear potential theory. Waves generated by both submerged and surface-piercing bodies moving at a constant forward speed in otherwise calm water, and the resultant steady wave pattern, wave profile and resistance are computed to validate this newly-developed code. A rectangular computational domain moving with the same forward speed as the body is introduced, in which an artificial damping beach is installed at an outer portion of the free surface except the downstream side for satisfying the radiation condition. The velocity potential on the ship hull and the normal velocity on the free surface are obtained directly by solving the boundary integral equation, with the Rankine source used as the kernel function. An iterative time-marching scheme is employed for updating both kinematic and dynamic free surface boundary conditions to stabilize the calculation. Extensive results including the wave patterns, wave profiles and wave resistances for a submerged spheroid and a Wigley hull with forward speed are presented to validate the efficiency of the proposed 3-D time-domain higher-order approach. Finally, the sensitivity of ship-generated waves to the water depth is investigated. Computed results show satisfactory agreement with the corresponding experimental data and other numerical solutions.     

Time domain simulations of radiation and diffraction by a Rankine panel method

The radiation and the diffraction of a ship with a forward speed are studied by using a time domain Rankine panel method. The free surface conditions are linearized onto an undisturbed free surface based on the double body flow. The linearized body boundary condition is applied on the mean wetted hull surface. The fluid domain boundary is discretized by a collection of quadric panels. The unknown quantities, including the free surface elevation, the normal flux over the free surface and the potential on the fluid domain boundary, are determined at each time step. The numerical results are compared with experimental data and other numerical solutions, showing satisfactory agreements.     

翼型体广谱声的频域预报方法

本文提出了一种广谱声预报的频域方法，并通过与试验数据的比较证明了方法的有效性，尽管文中以平板翼为例，进行了实例计算，但方法本身适用于任意形体在介质中以亚音速作惯性运动时的广谱声预报。相对于时域方法而言，由于省去了将频域数据转化为时域数据的中间过程，因此该方法较时域方法(Casper and Farassat，2002)更为有效。本文的关键在于具有平均流效果的格林函数的成功应用，由此格林函数所表达的积分算式将在后续文中进一步拓展应用于具有非惯性运动的螺旋桨广谱噪声的预报。     

基于项目群的南水北调工程建设数字化管理方法

以南水北调工程为研究对象,建立了适合于南水北调工程建设的项目群划分组合模型,提出了考虑层次维度和时间维度的南水北调工程建设项目群总体结构.基于项目群分解结构,结合南水北调中线某倒虹吸工程,耦合三维数字建模、三维可视化仿真和工程进度,提出了基于横道图的施工进度三维动态可视化分析方法,能够直观地描述工程施工过程中复杂的时空逻辑关系,通过施工面貌与施工进度计划的交互分析,实现其施工过程的数字化管理,为南水北调工程建设的数字化管理提供模型基础和技术支持.     

TIME-DOMAIN ANALYSIS OF WAVE FORCES ON SHIPS WITH FORWARD SPEED

Analyses of wave forces on Wigley and Series 60 ships at forward speedare presented in time domain which is based on a free surface transient Green functionwith linearized condition. The main effort focus on the investigation of the numerical sta-bility of time stepping calculation and the waterline intergal contribution to the excitingforces. Numerical study shows that the stable results can be obtained when a wall-sided as-sumption is used at the stern only and the effect of waterline can be neglected. Compar-isons have been made between the present time domain calculations and other works. Nu-merical results for the added resistance on a C_B=0.8 ship in short waves are presentedbased on the assumption that the steady disturbance of ship hull can be neglected.     

锦屏水电站边坡三维可视化模型构建

节理岩质边坡三维可视化模型可以直观地表达边坡结构面的空间展布特征,揭示边坡的破坏模式,是岩土工程研究的前沿和热点课题。为了满足工程建设的需要,在前人对可视化研究的基础上,系统地提出了一套适合于复杂节理边坡三维可视化模型构建的方法。并用VisualC 语言编制成模型构建专用程序,利用OpenGL进行图形显示,做到了任意剖面的截取,并以锦屏水电站边坡为例进行验证,模拟效果良好。     

THREE-DIMENSIONAL HYDROELASTIC ANALYSIS IN TIME DOMAIN WITH APPLICATION TO AN ELASTIC SHIP MODEL

According to the Price-Wu condition at the interface between flexible marine structure and the surrounding fluid flow, a solution to the three-dimensional potential flow in time domain around a flexible structure traveling in waves is expressed with a boundary integral equation in the present paper, where the Green function, satisfying the linearized free surface condition for the time-dependent problem, is employed. A hydroe-lastic analysis directly in time domain to predict loads, motions, and structural responses of ships at steady forward speed in a seaway is formulated. As a example of application, the comparisons are made among the numerical results given by present method, the experimental measurements and the prediction provided by the three-dimensional hydroelas-ticity theory in frequency domain.     

水轮机长短叶片转轮三维数值模拟

基于Standard k-ε双方程湍流模型和三维时均N-S方程,进行了混流式水轮机HLA351长短叶片转轮流场的三维湍流数值模拟研究,获得了流道的流速和压强分布.计算结果表明:和常规转轮相比,长短叶片结合的转轮流态较好,流速和压强分布合理,水轮机的全流道CFD分析能够较为准确地预测出水轮机过流部件内的性能参数及内部流场结构.     

关于允楞水库渗流反演结果适定性解的探讨

渗流问题反演结果往往不是唯一的。结合云南允楞水库实际工程，探讨了反演结果不唯一的原因，并与数值优化方法结合，将反问题转为正问题求解。具体方法为:首先，将坝体渗流计算域分为若干子域，并认为在子域内渗透系数为常数；其次，以钻孔原位压水试验成果为渗流计算初值选取提供依据；最后用三维渗流有限元计算得到的各测孔水位，与实测值进行最优拟合得到反演结果。计算结果表明，该方法简便易行，计算结果精确可靠，可供同类工程的渗流反演分析参考。     

对流-扩散方程源项识别反问题的MCMC方法

给出了利用马尔科夫链蒙特卡罗(MCMC)方法求解对流-扩散方程源项识别反问题的一种新方法。该方法把源项识别反问题视为贝叶斯估计问题,然后用MCMC法求解。首先利用贝叶斯公式,导出了多点源中源强和位置等未知参数分布规律的后验概率密度函数;接着以后验概率分布为目标分布采用自适应Metropolis算法构造Markov链;然后截取收敛的链序列,利用后验均值方法估计出源项中的未知参数。数值试验结果表明,该方法具有精度高,收敛速度快且易于计算机实现等优点。