兴波阻力数值预报方法研究及其在集装箱船船型优化中的应用

集装箱船作为一种中高速船,其兴波阻力在总阻力中所占比例较高。从某种意义上讲,船型优化就是寻求最小兴波阻力的船型。本文采用基于势流理论的面元法预报集装箱船的兴波阻力,对两种计算兴波阻力的方法进行了研究比较：第一种是改进的Dawson方法,传统的Dawson方法采用静水面上的叠模流线网格,而改进的Dawson方法是采用静水面上的贴体网格来计算兴波阻力;第二种方法是单模流动法。文中利用这两种方法计算了两条集装箱船,通过和试验值比较,发现这两种方法在设计航速附近的一定范围内都能正确地识别船型变化对兴波阻力的影响,验证了这两种数值预报方法都可以用于船型优化。但是改进的Dawson方法的计算结果更接近实验值,因此改进的Dawson方法更适用于船型优化。     

水面船非线性兴波数值方法研究

本文在线性兴波数值方法的基础上,利用Rankine源法开展了非线性兴波数值方法的研究.采用迭代的方式来满足非线性自由面条件,并在迭代中考虑真实的船体湿表面;此外将自由面面元升高来提高数值稳定性、而配置点前移则用来满足辐射条件.通过对Series60船型,以及一条集装船的计算来验证本文所开发的非线性兴波数值计算方法,经比较发现非线性方法的计算结果比线性方法明显改善;证实本文方法已经成功建立了非线性兴波问题的迭代框架,实现了非线性兴波数值计算方法.     

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。     

考虑短波增阻的船舶失速系数(fw)计算方法研究

该文针对船舶失速系数 fw 计算的难点,深入研究了波浪增阻计算方法,在考虑了船舶运动引起增阻和船体反射波引起增阻的基础上,进一步研究了 fw 的计算方法并开发了相应的计算软件.利用此方法计算了两条船的波浪增阻和 fw,并与试验结果进行了比较,结果表明采用该方法计算的结果与试验值吻合较好.     

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。     

适用于最小推进功率评估的波浪增阻数值预报方法应用研究

为精确获取最小推进功率评估所需的低航速恶劣海况波浪增阻值,应用时域匹配泰勒展开边界元方法(TEBEM)预报了3艘船舶在最小推进功率评估所对应的海况下运动响应和波浪增阻,并与模型实验结果进行了对比分析。结果表明,时域匹配TEBEM获得的船舶规则波运动响应和波浪增阻传递函数与模型实验吻合较好,数值预报方法获得的不规则波波浪增阻值与模型实验对应的结果误差在15%以内,具有较高的数值精度、计算效率及工程应用价值。论文研究成果为中国向MEPC会议提交最小推进功率提案提供了技术支撑。