实际流体中船体绕流流场的理论计算

对于无限水深非定常不可压缩粘性流体，计入非线性自由表面边界条件的船体绕流，根据薄边界层理论和Ｐｏｉｓｓｏｎ压力方程，应用有限差分数值方法，计算绕船体流场参数及其阻力。以ＳＳＰＡ７２０模型进行了考核；其结果表明同有关计算方法具有相同的精度量级，可作为低雷诺数下流场计算的数学模型和数值方法。     

船体三维边界层计算的初值确定

为了研究绕船舶后体粘性绕流计算方法，提供了一个实用、简单和准确预报船舶前体边界层的方法。该计算由简化的Ｎａｖｉｅｒ－Ｓｔｏｋｅｓ方程、三维传输补充方程、幂指数速度分布函数、表面摩擦律和一个积分数值计算方法组成．计算实例表明，沿船长自首部 ７０％的范围内，数值计算结果同高阶理论所给出的计算结果以及同Ｌａｒｓｓｏｎ给出的测试结果符合良好。     

计入粘性影响的螺旋桨性能计算

应用非线性定常力面理论计算螺旋桨水动力性能，引入准三维高阶近似Ｎａｖｉｅｒ－Ｓｔｏｋｅｓ方程，辅以二模式湍流方程以及差分数值方法计算浆叶边界层，通过迭代匹配计算考虑粘性对螺旋桨性能的影响，计算实例表明，理论计算结果同模型试验相应结果符合良好。     

状态方程—ASOG基团混合规则推算高压汽液平衡

采用 ＡＳＯＧ（Ａｎａｌｙｔｉｃａｌ Ｓｏｌｕｔｉｏｎｓ ｏｆＧｒｏｕｐｓ）基团作用法新的混合规则， 表达 Ｐｅｎｇ－Ｒｏｂｉｎｓｏｎ状态方程中混合能量参数“α”；回归确定出氧－二氧化碳基团对 参数，并对温度范围为 ２００～３００ Ｋ 的 Ｏ２－ＣＯ２物系高压汽液平衡进行了关联计 算，除靠近临界点外，计算值与实验值的一致性相当好。关联结果表明：ＰＲ－ＡＳＯＧ 方程的精度优于 ＰＲ方程     

面内载荷作用下复合材料对称层合板孔边层间应力分析

本文以“边民层理论”讨论了含有圆孔的对称层合板在面内载荷作用下孔边的层 间应力计算问题。推导了“完整的”边界层方程．得到了解析形式的解答。这些方程 补充和完善了Ｓ．Ｔａｎｇ所得的方程［９］。本文以［９０／０］ｓ，［０／９０］ｓ，［－４５／４５］ｓ 及［４５／－４５］ｓ。四种层合板为例进行了数值计算。最后，对层间应力的某些性质以及 层板铺层顺序对层间应力的影响作了分析和讨论，给出了一些对设计者有益的结论。     

船体绕流计算网格自动生成研究

应用保角变换函数和多项式拟合函数，建立了覆盖船体表面及其外场的数值计 算网格自动生成的数学模型和计算机程序。此项研究的主要贡献为：应用边界层薄层 理论计算结果控制网格的总体扩展，应用边界层速度剖面的指数分布律控制网格的局 部扩展；从而保证了计算网格的有效性。可用于船体势流与粘性流的绕流计算，也可 用于船型的计算机辅助设计。     

绕水平圆柱层流自然对流数值模拟

从Ｎａｖｉｅｒ－Ｓｔｏｋｅｓ方程和能量方程入手，利用有限差分方法摸拟绕水平圆柱定常层流自然对流流动，采用流函数涡量无量纲方程，非均匀网格剖分，二阶精度差分格式，非均匀圆柱表面温度分布，计算了瑞利数Ｒａ在１０４～１０６，普朗特数Ｐｒ在０．７～１００范围内的各种非均匀表面温度分布下的绕水平圆柱自然对流，特别是在圆往表面温度局部低于室温情况下，计算出了回流。全部结果与实际情况及已有的实验计算结果吻合。     

用SMAC方法对二维非定常流动的数值模拟

使用ＳＭＡＣ算法,从非定常的Ｎ－Ｓ方程出发,对二维非定常流场进行数值模拟。并在非交错网格上,针对其压力算法的不足,通过求解压力Ｐｉｏｉｓｓｏｎ方程来求解压力。计算与实验的结果比较,显示了本文的算法较好地模拟了二维低Ｒｅ圆柱与方形钝体的绕流。     

船体总振动计算方法的研究

在分析船体梁振动时，引入Ｓｔｅｐｈｅｎ和Ｌｅｖｉｎｓｏｎ提出的梁理论，并用Ｆｒａｎｋ法计算附连水质量，得到经过流固耦合的动力支配方程．在上述基础上对船体梁振动特性进行了分析．从计算实例可知，本文提出的方法对实船的振动分析有一定的实用价值．     

求解Navier－Stokes方程的Gauss－Seidel型格式

本文提出了求解Ｎａｖｉｅｒ－Ｓｔｏｋｅｓ方程中的涡度函数的半隐式迎风型与Ｓａｍａｒｓｋｉｉ型差分格式，分析了它们的相容性、稳定性，并对Ｒｅ＝１００．１０００时的方腔涡流进行了数值计算。计算结果表明，本文所构造的格式与文［１］中的半隐式指数型格式一样可以用来计算Ｎ－ｓ方程，并且有节省计算时间的优点。     

基于阻力性能船体型线精细优化的CFD方法

根据基于阻力性能的船体型线优化方法的不同，在船舶设计中可以归纳成5个相应水平的优化程序。总结了基于经验或统计公式的船体尺度优化（零水平优化），应用CFD方法分别对裸船体型线、局部船体型线和附体型线进行的精细优化（1，2，3水平优化），以及通过模型试验完成的船体型线的最终优化（4水平优化）的研究成果。所采用的CDF方法分别为用厚边界层近似与积分方法、厚边界层近似与差分法以及部分抛物线近似与差分法求解N－S方程。4水平则是通过包括流场测量信息的模型阻力试验进行最终的型线优化。     

舰艇抗冲瓦整体冲击隔离新概念及其机理研究

基于声阻抗失配原理,提出了舰艇抗冲瓦对水下爆炸冲击的整体隔离新概念.采用波动理论和Taylor平板模型.以冲击波在水、覆盖层、空气层、船体钢中的传播过程为研究对象,建立了实心敷设层结构(消声瓦的简化模型)和带空腔敷设层结构(抗冲瓦)的流固耦合模型.利用Abaqus软件建立舰艇抗冲瓦三维冲击响应模型.算例结果表明,抗冲瓦能够很好地隔离水下爆炸冲击波.大大降低船体结构材料应力和加速度冲击响应峰值,并能在广泛的频域内显著降低舰艇冲击响应.     

船舶CFD结构化网格自动生成技术的开发

为提高船舶黏性流场计算流体动力学(CFD)数值计算的效率,开发了带自由面三维船舶黏性流场CFD计算用网格自动生成软件.该软件可实现三维船体曲面模型导入、计算区域划分、结构化网格生成及边界条件设置等操作的自动化完成和参数化控制.以某集装箱船模校验程序,并在阻力性能和自由表面波高分布等多方面将数值计算结果与试验结果作对比.结果表明,该软件所生成网格在保证船舶阻力性能预报足够精确的同时,生成效率得到极大提高.     

球尾渔船表面流场的数值计算

本文以理想流体的势流理论为基础，采用以Ｒａｎｋｉｎｅ源势函数的边界元法。引入微平面三角形来逼近船体表面，并求其几何要素，在三角形面元上布置强度为线性分布的源汇，给出计算实船表面流场各物理量的数值计算方法。经用Ｗｉｇｌｅｙ数学船型验证，其合理可靠。     

典型标准水面船型阻力和黏性流场的计算

本文通过采用PISO(Pressure Implicit with Splitting of Operators)算法求解不可压缩RANS方程,对两类典型标准水面船型阻力和黏性流场问题进行数值计算验证.其中自由面的模拟采用单相Level set方法,湍流模式选取SST k-ω模型.首先以标准数学船型Wigley船为例,进行网格收敛性验证,讨论分析时间步长的选取和壁面网格参数的确定对计算结果的影响,为复杂问题的求解提供经验参考;然后在合适的网格及时间步长下计算不同Froude数(Fr)时Wigley船体受到的总阻力系数、摩擦阻力系数、船体表面波高图等,并分别与模型试验结果和经验公式估算结果对比,结果吻合很好,从而验证了该算法的可靠性.此外,还模拟计算了第二类标准船型DTMB5415的阻力系数和黏性流场,总阻力计算结果与实验结果吻合很好,船体波高图与实验结果相比稍有误差.数值计算结果和分析充分证明本文算法和计算程序的可靠性.     

三维船体自由面贴体网格的数值生成

本文开发了一种用于任意船型的可讨论自由面对船体粘性流场影响的三维船体贴体网格的自动生成程序。文中所采用的三维船体贴体坐标系将不固定在随时间运动的自由表面上，以预估的最大波高来限制自由面网格的区域，通过内插或外插来满足自由面上的边界条件。该模块的特点是网格生成的计算量相当小，尤其能极方便地控制自由面在船面附近的网格密度以及船面附近的网格间距，以Ｓｅｒｉｅｓ６０船模作为计算算例，其网格生成的质量是相当     

船-泵相互作用对喷水推进器推进性能的影响

为研究喷水推进船快速性预报中船体与喷水推进器相互作用机理,借助于计算流体力学(CFD)方法研究船-泵相互作用对喷水推进器推进性能的影响.通过计算由k-ε湍流模型封闭的RANS方程,分别得到敞水条件下和考虑船体斜升角、纵倾等因素影响的装船后喷水推进器的三维黏性流场,敞水条件下计算结果与试验数据的良好吻合验证了数值模型和方法的可信性.不同斜升角和纵倾模型计算结果表明:船体斜升角和横倾对喷水推进器推进性能影响很小;船体尾升角和纵倾角的变化改变了船体边界层,对喷水推进器推进性能和作用因子影响很大;纵倾角由正变负,喷水推进器对船体边界层的利用增强,使流量变小,功率、推力和扬程变大;进流动量系数、进流能量系数、动量作用效率和能量作用效率均减小.喷水推进器也反作用于船体,产生使船体纵倾角减小的力矩.     

基于Rankine源法的船体线型优化设计

在船舶初步设计阶段,为了快速、准确地获得阻力性能优良的船型方案,将势流兴波阻力理论Rankine源法、黏性理论和最优化技术有机结合,开发了适用于实船的线型优化设计程序.在优化计算过程中,将降低兴波阻力作为主要目标,将排水量限制作为基本约束条件,将反映船型变化的船型修改函数参数作为设计变量,采用非线性规划法中的SUMT(sequential unconstrained minimization technique)内点法进行最优化计算.通过对某高速水面舰船前半体不同区域的优化计算,获得的改良船型降阻效果明显,由此验证了该程序用于船型优化的有效性和可行性.     

船体曲面的NURBS表达与设计

在AutoCAD的ObjectARX开发环境中，以VC^ 为编程语言，建立了AutoCAD图形数据库与外部数据库的数据链接，采用非均匀有理B样条技术，对综合定型值点的船体曲面插值及边界条件处理进行了研究， 构造出以NURBS为统一数学表达式的船体曲面。根据投影原理，对船体曲面与任意平面的求交问题给出数值算法。首先用直线段逼近曲面的单参数曲线，在投影坐标系内求出直线段与平面的交点，再将交点映射到实际坐标系中得到真实的交点，这些点的集合即为平面与曲面的交线。