带自由面三维船体周围粘性流场的数值模拟

采用有限体积法通过求解不可压缩的雷诺平均(RANS)方程,数值模拟了包括兴波的三维船体周围的粘性流场,湍流模式使用了子网络尺度模式(SGS)和Baldwin-Lomax模式相结合的混合模式.对于自由表面的处理,应用了任意拉格朗日-欧拉方法,网格采用了不仅与物体表面贴体,而且与自由表面贴体的动网络,即随着自由表面的变化要不断重新划分网格.虽然此方法需要很长的计算时间,但能较好地描述船体的兴波情况.计算了系列60船模在Fn=0.316,Re=1.9×106时带自由面的粘性流场,计算结果与试验结果吻合较好.     

圆碟形潜水器阻力性能研究

提出了一种新型碟形潜水器外形设计.在三维贴体坐标系下,采用有限体积法求解不可压缩的雷诺平均(RANS)方程,使用标准k-ε湍流模型实现方程的封闭,数值模拟了艇体周围的粘性流场.通过对不同雷诺数下的粘性绕流和阻力性能的研究,并与水池实验结果相比较,证明了数值计算在潜水器阻力性能研究方面的应用价值.     

用移动粒子半隐式法模拟液舱横摇晃荡现象

应用移动粒子半隐式法（MPS）模拟了半满粘性液舱的横摇晃荡运动.模拟中每个时间步分为显示和隐式两步,控制方程中利用粒子与周围粒子之间的关系取代了传统方法中的差分项,利用粒子数密度的变化来判别自由表面.MPS法作为一种Lagrange数值方法,存在着粒子穿透现象.文中使用了一种防穿透方法,取得了较好的结果.结果表明,MPS法在复杂曲面的布点及自由表面的表现上有一定的优势.     

三维振荡船体贴体网格的生成

应用保角变换手法生成了三维振荡船体周围的贴体网络，这种随物体一起振荡的正交网格，可减少坐标转换后所产生的许多交叉项，并简化变换后的求解方程从而减少计算工作量，提高求解精度高。     

一种适用于移动半隐式法的缓解压力振荡方法

针对无网格移动粒子半隐式（MPS）法压力振荡性过大,且难以处理压力的问题,提出一种新的压力缓解方法.该方法在MPS法压力计算方程中加入用以保证流体不可压缩的速度散度为零的条件,在MPS法计算完成后对压力进行适当的时间平均,得出最终计算压力,在一定程度上缓解压力的振荡.通过溃坝和船体横摇晃荡2个实例,将新方法和MPS法进行比较,验证新方法在不增加计算量的基础上对缓解压力振荡有很好的效果.     

较低雷诺数下ITTC尺度效应换算方法的改进

应用基于非结构化网格的过渡流模型,在商业CFD软件STAR-CCM+平台上,对不同雷诺数(Re)下螺旋桨模型和实桨进行数值模拟,分析了螺旋桨叶面和叶背边界层的流体流动随Re的变化情况,将浆叶0.75R剖面压力面和吸力面的摩擦阻力系数的数值模拟结果与国际船模试验池会议(ITTC)推荐的尺度效应换算公式以及平板摩擦阻力系数计算公式的计算结果进行对比,并对ITTC尺度效应换算方法在较低雷诺数下进行了改进,即应用不同的公式分别计算叶面和叶背的摩擦阻力系数.结果表明,螺旋桨叶面与叶背边界层的流体流动不同,故吸力面和压力面的摩擦阻力系数计算公式有所不同.当Re较小(接近临界雷诺数)时,改进方法比ITTC尺度效应换算方法计算的结果更准确;当Re1.0×106时,改进方法与ITTC尺度效应换算方法的计算结果基本一致;当Re2.0×106时,Re越大,2种方法的计算结果偏离实际值越多.     

理论和数值方法预报的船舶姿态改变对螺旋桨非定常轴承力的影响

对船舶两种不同姿态下的螺旋桨非定常轴承力进行预报,并对其谐调分量进行研究.在此基础上,研究船舶姿态改变对螺旋桨非定常轴承力的影响.结果表明:船舶姿态改变(纵倾和吃水增加)时,桨盘面伴流分布的低阶分量的幅值均相应增加,从而使螺旋桨三向轴承力的谐调分量的幅值均有不同程度的增加,其中,横向力幅值的增加明显.此外,研究证明:拟定常方法可以较准确地预报船舶不同姿态下螺旋桨的非定常激振力以及姿态改变造成的螺旋桨激振力的变化;将船和桨分开模拟的方法也可以准确地预报船舶不同姿态下螺旋桨的非定常激振力.     

一种适用于移动粒子半隐式法的自由表面识别方法

针对移动粒子半隐式 (MPS) 法中自由表面判定方法的不足,提出了一种基于邻居搜索的自由表面识别方法,其介于MPS法每时间步的显式和隐式修正之间,基于粒子周围的邻居分布,将周围区域分为8块,其中相邻区域无邻居时的粒子属于自由表面粒子,且在实际中,该方法与粒子数密度参数混合使用,在可能被误判的数密度参数区域使用邻居搜索.结果表明,该混合方法能够有效识别自由表面,避免非自由表面粒子被误判,且对算法的效率影响不大.     

摇荡物体周围粘性流的数值模拟

提出了一种新的求解非定常不可压Ｎａｖｉｅｒ－Ｓｔｏｋｅｓ方程的数值方法，在每个时间步长上采用人工可压性技术，通过对动量方程取散度，从而获得离散化的Ｐｏｉｓｓｏｎ方程，当关于虚拟时间的迭代过程达到收敛时，便得到了无散速率场，采用该方法模拟了一个纵摇椭圆柱体周围的非定常不可压性流动。