阻流板对双桨船阻力和伴流场影响数值研究

基于RANS(Reynolds-averaged Navier-Stokes)方法针对安装了3种不同深度阻流板的DTMB5415船模进行数值计算,以研究阻流板对船舶阻力以及伴流场的影响.分析了安装阻流板前后的船舶水动力性能,并探讨了船艉波形、船身压力以及轴向标称伴流场的变化.研究结果表明:阻流板的安装能够降低DTMB5415的阻力,平均减阻率可达4.19%;船体虚长度的增加以及方尾船尾流场的改善是船模总阻力降低的主要原因;阻流板的安装增大了船舶尾部的边界层厚度以及轴向标称伴流,当弗劳德数Fr=0.35时,d/L_(PP)=0.001 5(d为阻流根深度,L_(PP)为船长)的桨盘面平均伴流分数增大了11.9%.     

阻流板对高速船水动力性能影响的CFD研究

以水面高速过渡型船为研究对象设计船型,采用商业计算流体力学软件StarCCM+对阻流板所带来的影响进行了研究.开展了网格敏感性检验,通过对计算结果的系统分析建立了一套高精度的数值模拟方案.采用该方案对带有不同高度阻流板的船型在各航速下的黏性流场进行数值模拟,对船体兴波和压力场进行了分析.研究结果表明:阻流板可以改变过渡型船虚尾的长度,但同时也会影响尾流场波浪的波幅;阻流板改变了船体底部的压力分布形式,在阻流板前约5倍阻流板高度的范围内形成了高压.     

基于T型水翼模型优化的穿浪双体船仿真研究

以某一特定穿浪双体船为研究对象,基于计算机流体动力(CFD)仿真软件,模拟了船体在不同海况和航速下的运动响应,通过对缩减船的纵向运动程度的分析,初步确定了T型水翼的安装位置为距离船艏9~39 m处,并对不同安装位置和不同立柱高度的T型水翼进行了水动力仿真,依据T型水翼的减摇原理以及对其在不同条件下升力系数曲线的分析,得到了受船体约束的T型水翼的最佳安装位置为距离船艏29 m及最佳立柱高度为2.55 m.结果表明:与船体相适配的T型水翼减摇效果显著,有效地改善了穿浪双体船的耐波性能.     

非对称片体双体船的水动力性能研究

研究双体船舶阻力性能和片体间作用对船型的优化和设计具有重要意义。本文基于CFD软件Fluent，采用VOF方法，研究了不同瘦削系数的常规双体船和非对称片体组成的双体船水动力性能，分析了双体船2个片体间的干扰效应，以及非对称片体结构对优化双体船水动力性能的作用。通过某一小尺度船舶不同航速下的静水阻力模拟，验证了本文数值方法的有效性。研究发现非对称片体结构可以在一定程度上有效优化双体船水动力性能。本文研究结果可对双体船的外形设计及结构应力分析提供理论支持。     

调距桨锁轴拖带工况最小拖桨阻力和水动力矩

采用计算流体力学方法,对某典型5叶调距桨锁轴工况拖桨阻力以及相应的水动力矩随螺距和进流速度的变化特性进行了数值计算,分析了这些特性的流体力学机理. 数值计算基于有限体积法,通过数值求解螺旋桨周围三维黏性不可压缩流场RANS方程来模拟螺旋桨在各种工况下的流动特性. 计算结果表明：来流速度相等时该调距桨在最大正车螺距时拖桨阻力最大,其幅值约占同航速下船体阻力的80%,水动力矩也最大;在最大倒车螺距时拖桨阻力最小,其幅值约占同航速下船体阻力的50%,水动力矩比最大正车螺距时显著减小;零螺距时拖桨阻力大小居中,而水动力矩最小,接近为零. 上述结论可为船舶动力装置部分桨工况时联控曲线的设计和锁轴机构的设计提供理论参考.     

基于零兴波理论的非常规小水线面双体船设计

基于零兴波阻力理论,提出了一种非常规的S曲线形小水线面双体船(SWATH),其片体关于船中对称,单片体有一定艏向偏角.基于雷诺平均Navier-Stokes(RANS)方程黏流理论对设计进行求解验证,给出了设计的非常规SWATH静水中阻力性能.与常规带有鱼雷体状潜体的SWATH相比,设计的S形非常规SWATH不仅在低航速下(弗劳德数Fr=0.3)具有较低的阻力,在高速下(Fr≥0.8)也具有绝对的低阻优势.     

船桨舵一体化耦合下的双桨船数值自航模拟

针对船-桨-舵一体化耦合时的相互干扰问题,基于雷诺平均纳维-斯托克斯(RANS)方法,应用滑移网格技术(SMT)和流体体积函数(VOF)模型,对DTMB5415双桨船在巡航以及最高航速下的航行性能进行研究。将船舶阻力、螺旋桨敞水性能以及最高航速下的自航点计算结果与试验结果进行比对,验证了该计算方法的准确性与可行性。对安装螺旋桨前后的船体阻力成分、船表压力分布以及波形云图进行分析,阐述了螺旋桨对船体性能的影响;基于快速傅里叶变换(FFT),探讨了舵在螺旋桨尾流中的非定常性能。     

一种基于计算流体力学的三维船舶横摇阻尼预报方法

针对三维船体强迫振荡运动,以黏性流理论为基础,通过求解雷诺平均纳维 斯托克斯(Reynolds averaged Navier Stokes,RANS)方程,计及自由面影响情况,对S60船在有航速和无航速时不同幅值的横摇运动进行了数值模拟.分析计算了三维船模的横摇阻尼系数,研究了横摇幅值和航速对横摇阻尼的影响,并与试验值和势流计算值进行了比较.结果表明,数值模拟能够显现出船体流场非线性特征以及黏性的影响,横摇阻尼系数与试验值吻合良好,较势流方法预报更为准确,可广泛应用于船舶与海洋工程浮式结构物的水动力性能分析研究.     

基于计算流体力学方法的水线面大开口工程船阻力性能分析

运用计算流体力学（CFD）方法对工程船由船体水线面大开口所引起的船体阻力性能变化进行了分析.通过对某水线面大开口型工程船系列模型的黏性绕流进行数值模拟,得到在低航速下水线面大开口型船舶船艏开口纵向和横向尺寸变化,船艉开口纵向和横向尺寸变化以及艏艉开口相互作用对船体阻力性能的影响,为改善此类船型的船体阻力性能提供了参考依据.     

基于LES和FW-H耦合的水面船舶声场研究

为了优化舰艇的噪声性能,提升舰艇隐蔽性,针对水面船舶声场进行研究。研究针对某型船,采用计算流体力学(CFD)理论,结合雷诺平均N-S方程并使用大涡模拟(LES)方法进行方程组封闭,对船体流场进行了仿真计算,并与试验结果进行比较,然后加载FW-H声学模型对各航速下船体的流噪声声场进行模拟。流场计算结果显示:各航速下船体阻力的计算值与试验数据吻合度较高;声场计算得到了各监测点在不同频率下的噪声级,分析了不同剖面位置处、不同频率下的声指向性等;通过分析特征点的声压级曲线得出,船体的流噪声主要集中在低频段,噪声衰减速度随频率增大而减小。仿真结果表明,所采用的计算方法能够较为准确地模拟船体的流场和声场,为水面舰艇的流噪声研究提供了一条可行的途径。     

三体船斜航流场与操纵性位置导数面元法分析

以三体船操纵运动水动力预报为背景,采用势流理论有升力三维面元计算方法,计算分析了不计兴波斜航下三体船的操纵运动水动力导数．计算得到了三体船不同侧体位置布局下斜航运动时的船体表面压力分布、横向力以及转首力矩等数据．根据计算结果,分析三体船侧体位置布局对主体附近流场和受力的影响情况,以及侧体布局对三体船操纵性水动力、操纵运动特性的影响．研究结果表明片体布局对三体船流场分布、横向力和转首力矩有重要影响．     

带尾翼高速射弹自然超空泡流特性研究

为了获得良好的超空泡减阻效果,针对某30 mm带尾翼高速射弹,设计了其空化器结构参数,研究了尾翼射弹的空泡轮廓、射弹表面空泡厚度分布、运动攻角对其空泡形态的影响,计算了超空泡形态下不同攻角时带尾翼射弹的水动阻力、升力、稳定力矩等参数;对比研究了带尾翼高速射弹和普通射弹的运动稳定性,给出了2种射弹的摆动攻角曲线.研究结果表明,尾翼结构不改变射弹的超空泡形态参数,但影响其表面空泡厚度分布;尾翼结构对射弹的超空泡形态、阻力特性影响很小,可大大提高射弹的运动稳定性.     

查洁法结合RANS方程的滑行艇阻力计算方法

针对雷诺平均Navier Stokes（RANS）方程结合流体积法（VOF）计算滑行艇阻力耗时较长、现有滑行艇阻力估算公式精度较低且适用范围有限,提出了一种查洁法结合RANS方程的滑行艇阻力计算方法.通过求解艇体平衡方程,迭代求出艇体航态,动态计及升沉和纵倾角对艇体流场和阻力计算的影响.对于艇体航态变化显著时的阻力计算（体积傅氏数F>1.5）,先采用查洁法估算初始纵倾角,再求解RANS方程可大幅提高计算效率.采用该方法计算了现代滑行艇模型4667 1和SM5的阻力、升沉和纵倾角,并与试验结果对比.结果表明：0.26≤F≤6.03,阻力计算值与试验值误差小于7%,升沉和纵倾角计算值与试验值吻合良好,从而验证了所提出的计算方法有效性.     

海底定点停驻无人水下航行器流体动力特性分析

在介绍海底定点停驻无人水下航行器（UUV）概念及工作过程的基础上,为了研究UUV上浮及下潜时大攻角下的流体动力特性以及辅推和支撑机构对流体动力特性的影响,采用计算流体力学（CFD）的方法,用Ansys ICEM对无辅推无支撑机构UUV、只有支撑机构的UUV、有辅推有支撑机构3种航行器外围流场进行结构化的网格划分,并利用软件CFX对3种模型的攻角从-90°变化到90°时93种工况下的流场进行了数值模拟,得到了各工况下航行器的阻力、升力及俯仰力矩数值.最后,对计算结果进行了汇总及分析,得到了3种UUV的阻力系数、升力系数及俯仰力矩系数随攻角的变化曲线,并分析了UUV的阻力、升力、俯仰力矩特性以及辅推、支撑机构对航行器的流体动力特性的影响.     

柴油机油嘴针阀上的液动力

本文从理论上阐述液动力对针阀的作用,并用试验加以验证。指出液动力阻碍针阀下落,其大小和针阀密封座面、针阀升程、针阀锥角等因素有关。     

潮流能电站载体水动力响应分析

随着海洋能开发向深水的发展,潮流能的开发也有向更深海域发展的趋势.稳定可靠的水轮机载体,对水轮机正常工作及发挥其最大工作效率有着很大的影响.针对深水中水轮机浮式载体的水动力响应性能,基于三维势流理论,利用SESAM软件计算分析了2种不同载体的水动力性能,在对浮体运动性能影响较大的横摇、纵摇水动力响应方面,双体船的最大横摇角及最大纵摇角明显小于单体驳船.经对比分析得出,双体船形式载体在水动力性能方面更具优势.     

水翼型水上飞机水动性能数值计算及分析

采用空气动力和水动力耦合求解并结合动力学平衡方程方法对水翼型水上飞机水面起飞过程水动性能进行计算。使用Realizable k-ε模型对NACA0012三维地效机翼进行计算,验证空气动力计算方法。使用流体体积函数(VOF)方法对验证模型在不同弗汝德数下进行数值模拟,验证水动力计算方法。最后,对水翼型和双浮筒型水上飞机水面起飞过程进行数值计算,计算结果表明,水翼能够产生较大水动升力,当速度达到12 m/s时,水翼产生的水动升力将机身抬离水面;水翼水动升力峰值为6 395 N,约占飞机总升力的83%,双浮筒型水上飞机阻力增加较快,其阻力峰值约为水翼型水上飞机阻力峰值的1. 87倍,从而证明了水翼能够产生较大水动升力并能有效降低水上飞机的水动阻力。     

入水角度对高速射弹入水过程的影响

研究入水角度对高速射弹入水过程的空泡形态、弹道特性及流体动力特性的变化规律,计算中使用VOF(volume of fluid)多相流模型,Schnerr and Sauer空化模型,同时结合重叠网格和6DOF(degrees of freedom)技术对射弹的入水过程开展数值模拟.结果表明:射弹两侧空泡形态不对称,与左侧空泡相比,右侧空泡尺寸较大;射弹入水以后,入水角越小,射弹质心处的速度越大;入水角为45°时,俯仰角、偏航角、滚转角的波动范围更小;射弹在撞击水面时,阻力和升力岀现了一个峰值,但侧向力没有岀现峰值,而是一段微小的波动;入水角度对射弹流动稳定阶段的滚转力矩、偏航力矩及俯仰力矩影响非常小.     

装填分率对中空纤维膜组件壳程传质性能的影响

文中测定了不同装填分率中空纤维膜组件壳程的流体力学性能,并对其传质性能进行了理论计算及实验研究,获得了传质准数关联式。结果表明：在相同Re下,当装填分率小于60%时,传质系数随装填分率的增大而增大;当装填分率大于60%时,传质系数则随装填分率的增大而减小。将传质系数的理论计算值与实测值进行比较,二者基本吻合,表明该理论方法可以较好地预测中空纤维膜组件壳程的传质性能。