考虑侧壁效应修正的循环水槽船模斜航试验水动力计算

采用计算流体动力学技术,以KVLCC2船模为对象研究速度修正方法对斜航水动力修正的影响及其适用工况,并与循环水槽试验结果对比以验证速度修正方法的有效性;采用Tamura速度修正公式对宽阔水域的试验流速进行修正,将速度修正前后的水动力及流场特征与循环水槽斜航试验的计算结果进行对比.结果表明:Tamura速度修正公式在阻塞比为3.5%~5.0%时有效,阻塞比过大将会加大船体两侧流场流速的变化;循环水槽中船体两侧的压力分布与其在宽阔水域中的差别较大;速度修正方法会同时增大船体两侧的压力,因此,在一定的阻塞比范围内可以减小两者的水动力差异,但当阻塞比继续增大时会增大两者的水动力差异.同时,基于低速风洞试验的阻塞效应修正方法提出了低速肥大型船循环水槽斜航试验的横向水动力修正公式.     

计及浅水及岸壁效应的KVLCC2船体斜航运动水动力数值计算

通过求解不可压缩流动RANS方程,确定浅水及岸壁效应对船舶水动力的影响.选用RNG k-ε湍流模型,使用全六面体网格进行离散,数值模拟了KVLCC2船体在不同水深和航道宽度情况下作直航和斜航运动时的粘性流场,得到作用在船体上的水动力.将计算结果与试验结果对比,验证了计算方法的有效性.     

限宽水域中船舶平面运动机构试验及水动力导数数值模拟

为探究有限宽度水域中大型船舶的水动力特性,基于计算流体力学(CFD)技术对限宽水域中的平面运动机构(PMM)试验进行数值模拟.在对有限水域宽度的PMM试验的动态模拟上,开发了混合动网格技术,数值计算结果与循环水槽PMM试验结果对比证明采用该方法有效.继而模拟不同宽度水域中的PMM试验,分析船舶水动力随运动速度变化的关系.结果表明,限宽水域中水动力随运动速度变化的非线性特征更为显著,船舶操纵加速度导数增大,位置导数减小,旋转导数的绝对值有所增加,二阶非线性导数值变化较大.     

"育鹏"轮斜航水动力数值计算及运动仿真

为了建立高精度船舶运动数学模型,以目前国内最大、最先进的大连海事大学教学实习船"育鹏"轮为研究对象,采用计算流体力学方法,分别对该船模压载状态下的直航运动和斜航运动水动力进行数值计算,将直航阻力系数计算结果与船模物理水池试验数据进行比较,验证了计算方法的可行性;对斜航水动力系数和力矩系数利用最小二乘法进行多项式拟合求取相关操纵性斜航水动力导数,代入"育鹏"轮六自由度运动数学模型中,用于预报和运动仿真.将部分仿真试验结果与实船海试数据进行对比,吻合较好,误差均在12%以内,验证了数学模型的正确性,提高了航海模拟器数学模型的精度.     

KVLCC2船-舵系统斜航水动力数值计算

通过求解RANS方程,选取RNGk-ε湍流模型,在模型尺度下对KVLCC2船-舵系统处于不同漂角时的斜航黏性流场进行数值模拟.首先采用3套网格进行网格收敛性分析,然后通过计算结果与试验数据比较,验证数值计算方法的可靠性.在此基础上,计算了舵角为零时不同漂角下以及不同舵角、不同漂角下作用在船-舵系统上的横向力和转首力矩,并对计算结果进行了分析.     

基于两种螺旋桨建模方法的全附体船模斜拖试验数值模拟

应用计算流体动力学(CFD)方法数值模拟约束模试验以获取船舶操纵水动力导数,是建立船舶操纵运动数学模型的有效方法.在数值模拟全附体约束模试验中,选定合适的螺旋桨建模方法,是既快速又准确地计算船体水动力的关键.应用CFD方法求解雷诺平均Navier-Stokes(RANS)方程,分别采用体积力法和基于实桨的滑移网格法对螺旋桨进行处理,数值模拟了全附体KCS船模的斜拖试验;通过水动力数值计算结果与基准试验数据的比较,验证了所采用的数值方法的可靠性.对两种螺旋桨建模方法的结果进行比较可以发现,综合考虑计算成本和计算精度,体积力法可以代替实桨方法进行全附体约束模斜拖试验数值模拟.     

拖式与推式吊舱推进器水动力性能数值仿真及对比

为研究吊舱推进器在直航和回转工况下的推进性能,通过RANS方法结合标准k-ε湍流模型对拖式与推式吊舱推进器在不同工况下的水动力性能进行对比分析.分别计算拖式与推式吊舱推进器直航与回转工况下的推力系数与转矩系数,并与试验结果进行对比以验证数值计算的准确性.直航工况推进特性曲线、回转工况的推力系数与转矩系数曲线对比结果表明,数值计算可以准确预报吊舱推进器的水动力性能.根据该模型计算了斜流工况时两种推进器的推力、转矩系数以及轴向力和侧向力系数随角度的变化规律.结果表明,本文提出的水动力模型可以准确预报不同工况下吊舱推进器的水动力性能.     

饱和软土自由场振动台试验与数值模拟对比

根据饱和软土自由场地地震反应特性大型振动台模型试验结果,基于u-p格式动力固结方程和饱和两相介质有效应力动力求解方法,采用有限元开放程序平台Open SEES建立饱和软土自由场地非线性动力有效应力耦合数值模型,对各种试验工况饱和软土自由场地地震反应进行数值建模分析,并将计算结果与振动台试验结果进行对比.研究表明:数值计算结果与振动台试验结果具备良好的一致性,并呈现出相似的时程变化规律,相互验证了基于Open SEES计算平台的力学建模和振动台试验结果的正确性.该数值模型可较合理地模拟饱和软土自由场地地震反应特性,可为进一步建立其他更加复杂的软土场地参数化数值外推模型提供依据.     

回转状态下导管螺旋桨水动力特性实用数值模拟方法

以数值模拟手段研究作为水下机器人主要姿态与轨迹控制机构的导管螺旋桨在回转状态下的水动力特性。首先根据所要计算的导管螺旋桨的几何要素构造导管和螺旋桨的三维几何模型,在此基础上采用动网格技术以计算流体力学方法借助计算流体力学软件Fluent,采用有限体积法在导管和螺旋桨所在的流域内求解其N-S方程以此对在作回转运动的水下机器人流场作用下导管螺旋桨以一定转速和一定来流方向下所产生的推力特性进行数值模拟分析,观察在水下机器人主体流场干扰下螺旋桨推进器的水动力现象。为验证所采用的预测导管螺旋桨水动力特性数值方法的有效性,在Ka 4-70/19A标准导管螺旋桨已有实验数据的基础上,将数值模拟结果与试验结果进行比较,对比结果表明本文所采用的数值方法是可靠的。     

脚蹼推进性能比较试验研究

作者应用循环水槽和平面运动机构，对五种实用脚蹼推进性能作了国内首例比较试验研究。     

脚蹼推进性能比较试验研究

作者应用循环水槽和平面运动机构，对五处实用脚蹼推进性能作了国内首例比较试验研究。     

基于OpenFOAM的螺旋桨紧急倒车工况数值模拟

螺旋桨在紧急倒车工况下的水动力特性与船舶的紧急制动能力密切相关并直接影响船舶的航行安全性.基于开源计算流体动力学平台OpenFOAM中的雷诺平均求解器对螺旋桨在紧急倒车工况下的水动力特性及绕流场开展数值研究.以5叶螺旋桨DTMB4381模型为研究对象，对其正车前进以及紧急倒车工况进行数值模拟.通过与国际上公开的模型试验结果进行对比，验证了所采用的数值方法在预报螺旋桨不同工况下水动力性能方面的有效性.基于数值模拟获得的水动力载荷及流场信息，探讨了紧急倒车工况下局部绕流场特征随进速变化的规律及其与螺旋桨整体水动力特性之间的关系，为船舶紧急倒车制动能力评估提供了理论依据.     

无结构网格二维潮流模型的开发及应用

基于无结构网格的半隐海洋环流模型——“类UnTrim (unstructured grid version of trim)模型”开发了一个二维潮流数学模型.模型在平面上采用无结构三角网格,并采用二维浅水方程作为控制方程.利用水槽试验对模型的潮流模拟和干湿判别进行了验证,验证结果显示模型是稳定可靠的.将模型用于长江口的水动力过程模拟,并利用实测水文资料对模型进行了率定和验证计算.结果表明,模拟结果与实际情况一致.     

全垫升气垫船的航向稳定性

建立了全垫升气垫船的4自由度操纵运动数学模型.采用水平面平面运动机构进行约束模型试验来测量气垫船的水动力,试验中改变了速度、漂角、摇首角速度和横倾角;用风洞试验来测量气垫船的空气动力,试验中改变了漂角和螺旋桨的推力.对直航和斜航的航向稳定性进行了计算.计算结果表明,全垫升气垫船的航速越高,航向稳定性越好,在越峰前不具有航向稳定性;逆风对于航向稳定性是有利的,顺风则不利.     

船舶在斜浪规则波中的载荷响应分析

为了研究大型船舶在斜浪中的水弹性效应及波浪载荷特征,选取矩形管状和圆形管状的组合梁作为分段模型载荷试验的龙骨梁,并合理设计组合管状龙骨梁,以保证模型垂向弯曲刚度和扭转刚度的纵向分布与实船相似.通过对分段模型在拖曳水池中不同航速、航向和海况下的规则波试验结果分析表明,分段模型能够较好地模拟船体弹性效应.同时,基于三维非线性水弹性理论对船舶在典型工况下的载荷响应进行了数值预测,与试验结果的对比表明,所用数值方法可以准确地计算大型船舶的波浪载荷.     

二维泥沙异重流运动的数学模型

关于泥沙异重流研究多采用分析和观测的方法,数学模型计算较少．本中首先结合流体运动方程和泥沙运动特性,导出平面二维泥沙异重流的运动方程,然后,进行水槽试验模拟异重流运动计算,并与试验测验结果进行对比,验证了数学模型的适用性。     

多机构控制下的拖曳体三维水动力响应分析

以一种自主稳定可控制水下拖曳体为研究对象,分析匀速拖曳时在迫沉水翼和双尾推进器联合作用下拖曳体的三维水动力响应特性.首先根据已有的单控制机构(迫沉水翼或双尾推进器)作用下拖曳体的拖曳水池样机二维试验数据作为训练样本,采用LMBP算法,建立起基于神经网络理论的自主稳定可控制水下拖曳体水动力数值模型,以此为工具分析在两种控制机构联合操纵下拖曳体的三维水动力特性.数值模拟结果表明:利用这一神经网络模型可以对拖曳体在多机构控制动作下的三维水动力响应进行有效的数值仿真模拟.     

细长轴对称体的水弹性振动特性分析

以在水中做纵向平面内运动的细长轴对称体为研究对象.在建立描述流体-结构耦合振动系统的计算模型时,对固体采用位移（包括刚体运动位移和弹性Euler梁振动位移）,对流体采用压力作为基本变量,首先建立了考虑流体作用力的结构动力学方程,推导了考虑结构运动的流体压力表达式,分析了水动力载荷的特征：包括水动压力的来源、组成、分布形式与影响范围等.在此基础上给出了描述水中运动物体的位移（结构）-压力（流体）格式的流固耦合系统模型.然后利用有限元数值方法（FEM）对方程进行了求解,克服了解析解对研究对象外形的限制,同时避免了流固耦合直接数值模拟中CFD＋FEM的复杂性,对于典型的工程结构非常适用.最后,通过算例给出了水中运动物体的水弹性频率和模态,并将计算结果与试验结果进行了对比,证明了本文计算模型的有效性.     

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．     

潜艇稳定回转水动力的数值仿真分析

基于计算流体动力学(CFD)和结构化网格,应用通用软件FLUENT数值求解不可压缩RANS方程.采用定常旋转坐标系,对在Re=6.5×106不同漂角条件下预报潜艇做单平面回转运动的水动力.对比试验数据表明,力和力矩预报精度误差在工程允许误差范围内,符合工程实用条件.