海洋固定平台导管架浮运过程分析

根据上海交通大学船池的模型试验结果,本文讨论了海洋固定平台导管架浮运过程中的稳性、静水阻力、波浪中阻力增加、摇摆运动的阻尼和附加质量、摇摆运动的频率响应函数、浮筒和桩腿之间的作用力及浮筒的系缆力等问题,同时进行了不规则波统计计算。本文得到的结论和分析方法可以作为浮运过程中的有价值的参考。     

沉深变化对螺旋桨水动力性能影响的数值分析

为了分析桨轴沉深对螺旋桨水动力性能的影响,采用VOF方法对某型桨在静水状态下、不同沉深时的水动力性能进行了研究.采用混合网格技术.根据沉深的不同选用不同的计算域模型来进行网格的划分.通过静水中某沉深下螺旋桨推力系数、转矩系数以及效率的计算结果与实验值的对比,验证了研究结果的正确性.由结果分析得知:随着进速系数的增大,桨轴沉深对螺旋桨推力系数、转矩系数的影响逐渐减小,而对效率的影响逐渐增大,且螺旋桨对自由液面的抽吸位置逐渐后移,扰动越来越小.     

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。     

潜体近水面航行兴波阻力计算

基于格林定理,将Rankine源和偶极子置于边界面上,用时间步进法计算了潜体近自由面航行的兴波阻力,构建了一种在时域中求解兴波阻力的计算方法.该方法是时域算法,其特点是从初值开始,利用非定常的自由面条件,通过时间步进迭代而逐步达到稳态.这种求解模式对于定常和非定常问题都适用.文中确定了计算模型和参数,数值计算结果与试验结果对比,证实了本方法是一种可行、可靠的时域算法.     

一种几何VOF方法在液舱晃荡流动模拟中的应用

isoAdvector是一种新的几何VOF (Volume of Fluid)方法,虽然克服了传统几何VOF方法难以适用于三维空间任意多面体网格的缺点,但不能直接用来模拟涉及动网格技术的液舱晃荡.为此,引入了运动通量修正,并提出了面-界面交线运动修正,使得修正后的isoAdvector方法可以应用到液舱晃荡的模拟中.基于不同的VOF方法对非共振、共振受迫晃荡和单次冲击波面进行数值模拟,并将模拟结果与试验结果以及解析解进行了比较.结果表明:相对于代数VOF方法,采用修正后的isoAdvector方法获得的自由液面位置和整体水动力载荷精度更高;捕捉的波面没有褶皱,能够较好地模拟波面的翻卷和破碎.此外,提出了界面厚度的估计方法,分析了自由液面波高精度提高的原因.     

速度突变情况下液化天然气船液舱内晃荡问题的仿真

主要研究了液化天然气(LNG)船在突然变速情况下液舱内晃荡问题.基于计算流体力学软件,采用VOF (volume-of-fluid)法对舱室内液体晃荡问题进行了仿真研究,描述了液体发生晃荡时自由液面的变化、流体质点的运动轨迹和速度矢量、流场内压强的分布,计算了晃荡对船体结构反作用力随时间的变化规律,在此基础上提出了降低晃荡的构想--在舱室合理位置加设合适的阻流板,并进行了对比分析.     

计及纵倾影响的金枪鱼围网船最优阻力数值研究

针对金枪鱼围网渔船高航速的特点,采用CFD数值模拟方法对某型金枪鱼围网渔船正浮状态下不同航速的阻力进行数值预报确定合理速度;针对该速度分别考虑不同纵倾角度对航行阻力的影响,通过数值计算和对比发现适当纵倾可以明显减少该船型的航行阻力。本文研究结果在该类型船舶设计和运营中减小阻力及降低功耗提供有益参考。     

水上飞机静水起飞过程水气耦合性能分析

采用多相URANS(unsteady RANS)方法,针对水上飞机静水起飞过程中的性能分析,提出了一种新的数值模拟研究思路。通过考虑起飞过程中气动力和水动力之间的耦合影响、升力和浮力对水线位置高度变化的影响以及阻力和发动机推力对模型前进速度的影响,得到模型起飞过程中的受力变化趋势。模拟前通过分别计算标准模型的气动力和水动力并与实验数据对比,对数值计算方法进行了验证,模拟过程中通过VOF(volume of fluid)方法实现对自由液面界面的捕捉,最后通过对静水起飞过程中模型受力变化进行分析并与实验结果比较,对本文中的水气耦合数值计算进行了验证,计算结果表明,水上飞机低压载状态起飞过程中所受总阻力是缓慢增加的,并不会出现往复;同时水线高度逐渐下降,下降速度逐渐加快,且不会出现埋艏现象。     

基于FLUENT的渗流场数值模拟分析

传统上渗流问题的模拟都是求解渗透水头的拉普拉斯方程,为了利用CFD软件强大的计算及前后处理功能,通过在一般流体力学控制方程基础上增加渗透阻力的办法,以源项的形式导入FLUENT软件的求解器中实现了对渗流的数值模拟,并采用求解自由面的VOF法进行浸润面的计算.地下河槽及矩形土坝两个算例表明,无论对于渗流量、浸润面还是溢出...     

调节阀内三维流动与启闭过程的数值模拟及分析

运用计算流体力学方法（CFD）对调节阀的定常与非定常水力特性进行了数值模拟．定常模拟得到各种开度下的三维流场分布以及压降与流量的特性曲线，特性曲线与试验结果相吻合．非定常计算模拟了阀门开启和关闭过程中流动特性的变化，得到流量和阀芯轴向力随时间变化曲线，并对启闭速度的影响进行了分析．     

点头鸭式波浪能采集装置的数值模拟

为优化波浪能采集装置,以FLUENT软件为平台,建立了“点头鸭”和波浪水槽模型,对“点头鸭”在稳态均匀流和非稳态规则波作用下的水动力学特性进行了数值仿真。水槽中的规则波采用推板造波的方式生成,自由水面的追踪采用VOF方法确定。模拟得到了两种水流环境中“点头鸭”在受来流冲击时,鸭体所在区域的压力分布、速度分布以及鸭体所受波浪力的变化规律。结果表明,在均匀来流环境下,来流速度越大,鸭体所受波浪力越大,且随攻角增大而增大的趋势越发明显;在规则波环境下,鸭体所受波浪力近似呈周期性变化,其大小与攻角角度有明显关系,但并非呈单调变化。在所研究的工况中,攻角为60°时,鸭体所受的波浪力最大,此时“点头鸭”装置具有最大的可发电机械能。     

自由运动船体迎浪状态下上浪问题的数值模拟

基于FLUENT软件进行二次开发,得到了一个用于求解甲板上浪问题的完整的数值模拟方案.该方案融合了动网格功能、数值波浪水池的消波和推板边界造波、船体运动的自动求解、捕捉自由液面大变形的流体体积分数法、高效的网格划分方案和稳定精确的时间步长方案,最终实现了波浪和船体运动的耦合,成功模拟了甲板上浪现象,并将该方案应用到自由运动船体在顶浪状态下的上浪问题研究中,模拟得到了物体在波浪上的运动及甲板上浪的过程,同时还得到了上浪产生的冲击压力.     

利用并行算法分析平底结构砰击作用下具有自由表面水域的水动力特性

采用VOF和动网格方法、考虑限制水域边界条件的约束因素.利用CFD商业软件FLUENT通过求解脉冲砰击压力作用下具有自由表面限制水域上的Navier-Stokes方程来分析与观察平底结构从一定的高度以一定速度落下砰击限制水域的水面所引起的三维流体动力现象.数值模拟结果表明:采用所提出的数值方法可以对平底结构砰击压力作用于考虑自由表面效应的封闭或开放水域的水面所激发起的水面波动和水下压力场变化进行有效的数值模拟.所利用若干台多核微型计算机对平底结构撞击自由水面所引起的砰击问题进行的并行算法,为利用并行算法分析大型平底结构砰击限制水域水面所产生的水动力现象进行了有益的尝试.     

利用并行算法分析平底结构砰击作用下具有自由表面水域的水动力特性

本文采用VOF和动网格方法、考虑限制水域边界条件的约束因素，利用CFD商业软件FLUENT通过求解脉冲砰击压力作用下具有自由表面限制水域上的Navier-Stokes方程来分析与观察平底结构从一定的高度以一定速度落下砰击限制水域的水面所引起的三维流体动力现象。数值模拟结果表明：采用本文所提出的数值方法可以对平底结构砰击压力作用于考虑自由表面效应的封闭或开放水域的水面所激发起的水面波动和水下压力场变化进行有效的数值模拟。本文所采用的利用若干台多核微型计算机对平底结构撞击自由水面所引起的砰击问题进行的并行算法，为利用并行算法分析大型平底结构砰击限制水域水面所产生的水动力现象进行了有益的尝试。     

基于边界造波法的二阶Stokes波的数值生成

针对滑坡涌浪灾害中波浪的产生和传播分析至关重要的问题,利用FLUENT软件平台,提出了边界造波的数值方法,并通过二次开发实现了二阶Stokes波的数值模拟。该边界造波法以不可压缩粘性流体的Navier-Stokes方程和追踪自由面的VOF法为基础,借助FLUENT软件中的UDF功能定义了入射边界处波浪的速度和波形解析表达式,从而模拟了二阶Stokes波的产生和传播。计算结果表明,该数值水槽能有效可靠的模拟弱非线性波浪。这为后续模拟由滑坡涌浪所产生的波浪提供了一定的研究基础。     

平底结构砰击作用下具有自由表面限制水域的流体动力特性

本文采用VOF方法、考虑限制水域边界条件的约束因素,利用CFD商业软件FLUENT通过求解脉冲砰击压力作用下具有自由表面限制水域上的Navier-Stokes方程来分析与观察大型平底结构从一定的高度自由落下砰击限制水域的水面所引起的三维流体动力现象。数值模拟结果表明采用本文所提出的数值方法可以对脉冲砰击压力作用于考虑自由表面效应的封闭或开放水域的水面所激发起的水面波动和水下压力场变化进行有效的数值模拟。这一数值方法为工程上分析大型平底结构砰击限制水域水面所产生的水动力现象提供了一种实用的手段。     

基于VOF和浸入边界法的粘性二相流模型对LNG液舱晃荡的数值模拟

摘要 本文采用基于Volume of Fluid（VOF）方法和浸入边界法的粘性二相流模型对LNG液舱（棱形液舱）的晃荡问题进行数值模拟。粘性二相流模型采用一套控制方程进行处理。整个计算区域为矩形,自由液面的跟踪和更新采用VOF方法,斜边边界的处理考虑用到浸入边界法,把边界以外的当成是固体,在对VOF中的体积分数F的处理时引入通度系数以适应斜边边界。最后模拟得到液舱横荡的运动过程,对研究这一类型的晃荡运动具有参考价值。     

沉箱上单浮体流体动力学问题的解析方法

在有限常水深、同轴同半径圆柱体沉箱条件下，基于特征函数展开法，推导了垂直放置的圆柱形浮体在水波作用下所受到流体作用力表达式．涉及了浮体做垂荡、纵荡和纵摇运动相关联的辐射势，以及在入射波的作用下由于浮体固定不动而相关联的绕射势．还推导了激励力、附加质量和阻尼系数表达式，采用同平底单浮体运动条件相比和激励力计算的两种方法的方式验证了推导的表达式．最后分析了沉箱高度对浮体运动的特有影响，在算例范围内沉箱的高度对垂荡、纵摇运动的影响较大，对纵荡运动的影响较小．     

面向海洋工程应用的数值波浪水池

采用FLUENT软件中的用户自定义函数功能和动网格功能进行造波和消波,采用VOF方法捕捉自由液面,开发了一个数值波浪水池,该水池可以生成规则波浪、按照波谱生成不规则波浪以及生成既定的不规则波波列.文中开展了网格和时间步长试验,力图找到经济精确的网格划分方案和高效的时间步长方案.文中按照Jonswap谱进行了不规则波浪的数值模拟,采用了等分能量法分解波谱的频率区间来得到组成波的圆频率,模拟结果显示计算波谱与目标波谱一致,波浪的统计特征得到了很好的体现,模拟不规则波波谱的缺点是耗时过长.由于真实海况下对海洋浮式结构物造成损坏的往往不是整个波浪时间序列,而是少数的几个大波或者波列中的波群.因此采用CFD方法准确模拟出既定的波列将会对了解极端海况下海洋结构物的损坏事故提供极大帮助.采用本文提出的方法成功模拟出了既定的极大波,这个方法的关键在于确定造波板的运动规律.类似按照波谱造波,文中将造波板处的波浪时历进行了分解,得到了若干个小振幅波,通过傅里叶级数法推导出了每个小振幅波的特征参数.同样采用水力传递函数确定每个小振幅波对应的推板振幅,之后将这些组成波对应的推板运动规律进行叠加得到了模拟不规则波波列时需要的推板运动规...     

基于无网格法的浮体与波浪相互作用模拟与试验验证

浮体在波浪中的运动现象广泛存在于海洋石油及新能源领域,属于流固耦合问题,同时涉及自由表面流动和运动边界等复杂现象,使得基于欧拉模式的数值方法并不擅长该类问题的求解。采用一种拉格朗日无网格法,即光滑粒子动力学(SPH)方法,建立流固耦合数值计算模型,模拟浮体在波浪水槽中的运动过程,通过线性波浪理论和水槽试验验证了模型的准确性。结果表明:SPH方法能够有效模拟浮体在波浪作用下的非定常运动,并且捕捉到越浪、浮体侧倾等现象,预测的浮体位移时间关系与试验结果一致;在无约束条件下,浮体在水槽中发生横向位移,且位移受浮体形状和尺寸影响较大。