三体滑行艇槽道的水气动力特性研究

为了研究槽道的水气动力作用机理,本文利用CFX软件结合船体六自由度运动方程对三体滑行艇在Fr为3.14~5.83的两自由度静水直航运动进行了模拟,结合试验中的船体兴波特性分析了槽道水气动升力随航速的变化规律。计算结果表明:槽道在Fr=5.83时,进入全通气状态;在Fr4.04时,气动升力成为槽道升力的主要来源并主要作用于槽道末端的平直段。不同的平直段长度的模型的计算结果表明:增大槽道平直段长度能够提升槽道升力,并取得了6.0%的平均阻力收益,但减少了槽道的纵倾力矩,不利于高航速下的纵向稳定;而缩短平直段长度则降低了槽道的升力,并导致阻力出现3.7%的平均增幅,但模型的纵向运动稳定性略有提升。     

棱柱型滑行艇喷溅特性研究方法

为了研究滑行艇喷溅现象,本文基于CFD软件FINE/MARINE开展了棱柱型滑行艇不同底部横向斜升角和不同航速下的数值模拟。将艇体表面的流体特征信息(速度场、压力场和水气体积分数等)导入自编程后处理程序,程序对艇体节点空间坐标重新生成非结构网格,给定喷溅的判断条件,自动识别和处理艇体喷溅区形状及喷溅阻力(包括喷溅摩擦阻力和喷溅压阻力)。研究结果表明:本文提出的喷溅处理方法可以较好地处理自由面破碎、飞溅等强非线性引起的高性能船舶阻力增量问题,为揭示高速滑行艇喷溅内部机理及防飞溅结构形式奠定基础。     

气泡高速艇波浪中阻力及运动性能数值研究

为探索气泡高速艇在波浪中的减阻效果及运动性能,基于RANS方法,应用Overset网格技术、数值造波、HRIC-VOF方法及6-DOF运动模型构建气泡高速艇静水及波浪中的数值水池,阻力计算与试验值的偏差小于4.59%,纵向运动计算值与试验值偏差小于6.4%。进而分析了气层对B.H.型高速艇波浪中阻力、纵向运动的影响规律,研究了艇体运动对气层面积与形态的影响规律,获得了波浪中气层-艇体相互作用的力学过程;气层对垂荡的影响甚微,对纵摇有改善效果;顶浪条件下纵向运动对气层面积的影响不大,波浪中的减阻率仍可达27.24%~30.62%。     

高速滑行艇阻力性能RANS计算中网格影响因素

为了准确预报高速滑行艇的水动力与阻力特性,本文基于RANS方法和重叠网格技术针对某50 kn高速单体滑行艇的缩比船模阻力特性开展了数值计算研究。分析了网格类型、船体边界层网格分布、船体表面网格尺度、流场背景域网格加密等网格相关因素对艇底气水混合物分布、兴波形状、船体姿态以及船体阻力预报结果的影响,并与船模阻力试验结果进行了比较。通过研究认为:开展高速滑行艇的运动与阻力性能RANS预报时,网格因素对模拟高速滑行艇边界层流动、艇体周围湍流流动和兴波特性,以及预报艇底气水分布、艇体航行姿态与阻力性能具有显著影响。     

带片体的滑行艇高速航行纵稳性研究

为研究片体布置对滑行艇高速航行纵稳性的影响,本文对单体艇进行了静水拖曳试验,采用有限体积法结合SST k-ω湍流模型,利用重叠网格技术对模型周围绕流场进行了数值模拟,计算值与试验值对比验证了该方法的有效性;利用全因子设计空间采样法和数值手段,对带片体的三体艇高速航行发生海豚运动时的运动响应和水动力特性进行计算,分析了片...     

大型水面舰船尾楔减阻设计遗传算法

大型排水航行类巡洋舰尾水面舰船加装尾部楔形体减阻是船型减阻设计新技术,对提高航速、续航力和节约能耗,以及对船型减阻机理的认识都具有重要的意义.将遗传算法与线性兴波阻力理论新方法相结合进行大型类巡洋舰尾水面舰船尾部楔形体减阻设计的理论计算分析和模型试验验证,得出了多种尾楔减阻设计方案.阻力理论计算值与试验值对比表明,该方法适合应用于类巡洋舰尾大型水面舰船尾部楔形体的减阻设计.加尾楔船型与原型阻力对比表明,尾楔形体对大型类巡洋舰尾水面舰船具有较好的减阻增速效果,总阻力减阻率达5%以上.     

95000DWT散货船喷气减阻模型试验研究

为探讨气层减阻技术在大型低速运输船舶上的实施方法,在拖曳水池里开展了95000DWT散货船138模型喷气减阻试验,研究了气流量、航速、排水量、凹槽深度对喷气减阻效果的影响规律。试验结果表明:在95000DWT散货船模型底部设置凹槽并喷气,模型总阻力大幅度降低。随着气流量增加,阻力降低幅度增大,存在一个饱和气流量:当Fr=0.139~0.182时,随航速增加,减阻率呈降低趋势;凹槽深度增加,喷气减阻效果提高,但不喷气时凹槽会导致阻力增加,且阻力增加幅度随凹槽深度增加而增加,存在一个最佳凹槽深度(h/B=0.024);压载排水量减阻率高于设计排水量减阻率。凹槽深度20 mm,设计航速下,饱和喷气(Cq=0.210)时,设计排水量下绝对减阻率可达26.99%,压载排水量下绝对减阻率可达33.79%。     

层流状态下超疏水表面流场建模与减阻特性仿真研究

在充分发展层流状态下对具有规则微观结构的超疏水表面流场进行数值仿真研究,分析了超疏水表面流场的减阻特性.针对超疏水表面微观结构特点,采用Cassie接触模型,对计算域利用结构化网格进行划分,采用VOF多向流模型进行数值仿真.研究表明:超疏水表面凹槽附近产生压差阻力导致凹槽内部形成低速漩涡,产生推动效应与涡垫效应;超疏水表面减阻率随凹槽槽宽增大而增大,受凹槽深度影响不显著,矩形凹槽比V形凹槽与U形凹槽有更好的减阻效果.     

三体滑行艇阻力试验研究

为了验证三体滑行艇超高速航行能力,研究其阻力特征和船型特点,通过船模试验测量了不同排水量、重心位置下的阻力、纵倾角和升沉,研究了压浪条对阻力与航态的影响.试验结果表明:三体滑行艇2个辅助片体的存在加大了高速航行时气动升力的影响,改善了其水动力性能,具有优异的纵向稳定性和极小的兴波与喷溅,在Fr(v) ＞8条件下仍能稳定...     

非流线型航行体超空泡减阻的实验分析和数值模拟

针对某水下航行体模型,在水洞内进行了自然状态和通气产生超空泡状态下的阻力试验,并用FLUENT6.0进行了数值模拟,依据比较结果分析和处理了实验数据,得到了自然和通气状态下非流线型水下航行体的阻力变化规律.结果表明,自然状态下非流线型航行体的阻力比流线型的大3倍多,但通气形成超空泡后可以大大降低航行体的阻力,并使减阻效果超过流线型航行体,从而达到更高的航速.     

棱柱型滑行艇在规则波中迎浪运动响应的频域解

滑行艇在高速滑行时因其艇重基本由水动升力支撑,用较常规的排水型船运动预报方法计算并不准确.针对这一问题提出了一种计及水动升力影响的预报方法,用于计算棱柱型滑行艇在静水中的滑行姿态和波浪中的运动响应.在半经验公式的基础上,讨论了水动升力对各水动力系数的影响,并建立了棱柱型滑行艇在规则波中迎浪运动响应的频域解模型.将计算值和试验值进行了比较,结果吻合较好.     

水下钝体空化绕流数值模拟

基于均质平衡流理论,利用Fluent 6.3对水下钝体空化绕流进行数值模拟,研究钝体空泡形态的变化规律,分析钝体的减阻特性。结果表明:空化数较小时,钝体从水绕流发展成空化绕流,随着空化数减小,空泡的无量纲直径和无量纲长度都增大;压差阻力系数减小,摩擦阻力系数减小并趋于0,总阻力系数比水绕流时降低,基本等于压差阻力系数。     

侧壁式气垫船峰值减阻数值研究

针对侧壁式气垫船在越峰过程中阻力峰值过大的问题,本文基于N-S方程,采用以多面体为核心的体网格形式,计算了其在静水中的阻力值,验证了数值计算在阻力峰值处的精确度。借助气幕减阻思想,利用一层高压高速的均匀气幕来代替传统的艏部气封装置,研究了侧壁式气垫船在气幕下的密封性能。在此基础上,数值计算了侧壁式气垫船在约束型气幕及非约束型气幕下,指端距离基线高度、喷口位置、喷口角度等气幕参数对减阻率的影响。结果表明:气幕参数的变化对减阻率影响较大,减阻率在气流量为180 m3/h时达到峰值,而最高减阻率可达到了35%;艏封采用合理的气幕形式可有效的降低侧壁式气垫船的阻力峰值。     

三角形波浪底板消力池自由水跃水力特性的数值模拟

自由液面的捕捉应用VOF法,气液两相流时均方程采用RNG湍流模型封闭,采用数值模拟的方法计算了6种工况下,三角形波浪底板消力池自由水跃的流体力学特性.采用有限体积法离散微分方程,速度与压力耦合求解使用了压力隐式算子分裂PISO(Pressure-Implicit with Splitting of Operators)算法.研究发现:波浪形底板表面附近有漩涡产生,漩涡沿顺时针方向旋转,漩涡的尺寸沿程逐渐减小;沿程横断面上的最大流速在不同工况下有相似的衰减规律;在闸门附近产生紊动耗散率和紊动动能最大值及最大变化梯度,随进口弗劳德数的增大紊动能和耗散率最大值也增大;理论消能率和实际消能率均随进口弗劳德数增大而增大.     

响应面模型在艇型多目标优化中的应用

针对潜器的艇型优化,研究了试验设计、响应面模型技术和多目标优化算法.选择了决定回转体艇型的6个参数,将阻力数值计算结果进行数据回归,建立阻力、体积与型值的二阶多项式响应面模型.然后将阻力最小与体积最大作为回转体艇型优化的两个目标,研究了多目标遗传算法,并给出了 Pareto 最优解集.结果表明,在艇型优化过程中采用近似...     

圆管内高聚物湍流减阻流动特性研究

高聚物湍流减阻可降低传输过程中的流动阻力和能耗,研究其减阻特性具有工程应用价值。文章采用等效黏度模型和湍流模型,利用计算流体力学方法建立三维模型,结合减阻参数,模拟了流动速度和高聚物浓度等影响高聚物减阻的主要因素,分析了管道内湍流减阻的流动特性及减阻规律。结果表明：圆管管道内高聚物湍流减阻率随减阻参数的增大而增大,其最大减阻率约在50%处,而后减阻效果降低,且管道内流速越大,减阻效果越好;管道中雷诺应力分量、湍动能、涡黏系数、湍流涡耗散随减阻参数的增加逐渐降低,当减阻参数为28时,高聚物湍流减阻效果最好。     

递推批量MGM(1,N)模型在滑行艇运动姿态预报中的应用

为了设计出有效的滑行艇的自动控制系统,需要建立预测模型对其运动姿态进行实时的、精确的预报.分析利用MGM(1,N)模型对滑行艇运动姿态进行预报的适用性.同时,针对滑行艇运动姿态数据的特点和预报的实时性要求,提出了新采集了一批数据之后,计算模型的参数矩阵的递推公式.利用该公式可以在提高预测精度、延长预测时间的同时,不会显著的增加计算量.数值仿真试验的结果表明,将批量递推MGM(1,N)模型应用于滑行运动姿态预报是可行的,并且具有非常高的预测精度.     

单元柯钦函数精确积分的多体船兴波阻力计算

为计算多体船兴波阻力,改进了Michell线性薄船兴波阻力数值计算方法.以改进的蝶形插值细分曲面方法表达船型,采用船体曲面法向量表示源强,结合三角单元上柯钦函数精确积分解析表达式求解多体船兴波阻力.对2条双体船和2条三体船兴波阻力进行了数值计算,通过计算结果与模型试验结果比较,验证了计算方法的有效性以及计算结果准确性.插值型细分曲面船型构造结合三角单元上柯钦函数精确积分的兴波阻力表达式有利于提高兴波阻力计算精度,且便于发展为船型减阻优化工程设计方法.     

泵喷水动力性能预报及导管拱度的影响分析

为研究泵喷梢隙流动的影响,本文基于面元法理论建立了泵喷组件间的干扰数值模型和梢部泄露涡模型。将不同工况下推进性能的计算结果与CFD方法的结果进行对比,对比结果表明,转子梢部的泄露涡对周围流场存在强烈的扰动,引入梢涡模型可以有效地改善泵喷定子和转子的性能预报精度。在此方法的基础上,通过改变导管翼型剖面的拱度值,分析不同拱度的导管对泵喷水动力性能的影响,分析结论显示,增加拱度可以显著地提高泵喷的推进效率和有效做功范围,直至当导管表现为减速型导管时,推进性能的提高幅度降低;最后针对装配在高速水下航行体的泵喷推进器,给出了导管拱度的建议取值范围。     

喷水推进三体船推力减额计算及分析

为分析喷水推进船推力减额在不同航速下的变化规律,基于非定常雷诺时均方程及VOF模型求解船舶粘性流场,考虑船模纵倾角及升沉变化,采用体积力的方法代替泵的作用,数值模拟了三体船模喷水推进自航。自航时船模纵倾角及吃水增加,阻力增额恒为正值,动量减额恒为负值。三体船在较低航速时有较大的推力减额,随着航速提高推力减额变为负值。动量减额是高航速时推力减额为负的主要原因。低航速时艉板浸没在水中,喷口在水面以下喷射水流,此时有较大的正阻力增额和较大的负动量减额,喷水推进器流道及喷口的安装使船体几何面积有较大减小导致静压阻力增加,是低速时阻力增额的主要原因。高速时艉板由湿变干,喷口在水面以上喷射水流,阻力增额及动量减额的绝对值减小,船模姿态变化是高速时阻力增额的主要原因。随着航速的提高,出口阻力不断增大,构成了动量减额的主要成分。