纵倾优化下的船舶能效数值模型

通过Fluent数值计算和Simulink建模仿真的方法,建立船舶的CFD计算模型及能确定转速(n)-航速(V_s)-船舶能效营运指数(EEOI)间对应关系的船舶能效准稳态仿真模型,进而分析不同工况下纵倾变化对船舶营运能效的影响。以定转速航行模式的46000t油轮为目标船,经模型的计算和船模试验的验证,发现适当纵倾可提高目标船的营运能效。结合相关海事公约法规,计算目标船的最佳纵倾在艉倾2.61m处,可降低EEOI达0.8%。     

基于CFD的散货船纵倾优化研究

船舶阻力会随着航态的改变而改变。在航速和排水量不变的情况下,通过调节船舶纵倾进而减小航行阻力是1种可靠且通用性强的方法。文章以1万t的散货船为例,基于CFD数值计算仿真工具Fluent的k-ω湍流模型求解RANS方程组,验证Fluent仿真在船舶阻力计算方面的可靠性,并通过调节艏倾和艉倾,计算出相同航速不同纵倾角下的船舶阻力值,提出平浮并非是该船舶最佳航行状态的结论,对船舶实际运营提供指导。在此基础上,提出1种对Fluent进行二次开发以进行更高效船舶阻力预报的方法。     

基于Rankine源高阶面元法的船舶航行姿态与兴波阻力计算

针对航行船舶的兴波阻力和姿态预报,采用Rankine源高阶面元法求解船舶航行兴波问题。计算时采用叠模线性化自由面条件,对自由面影响系数奇异积分采用源点上置的方法处理,物面奇异积分和立体角则直接求解。就数学船型Wigley、S60和KCS集装箱船的航行兴波阻力与姿态分别进行了数值计算与分析,计算中根据姿态变化重新划分船体湿表面,进行迭代计算,不同航速下的姿态、兴波阻力和船侧波高与试验结果比较,吻合良好,自由面波形真实反映了物理现象,研究表明本文方法能准确地预报船舶航行姿态和兴波阻力,对不同船型和航行速度有着广泛的适用性。     

基于CFD的双艉船型阻力数值预报

根据船体阻力成因和预报方法的讨论分析,提出一种应用计算流体动力学（CFD）理论进行双艉船型阻力数值预报的方法。该方法采用势流理论计算兴波阻力,基于粘性流理论计算粘性阻力。通过对某典型散货双艉船与液货双艉船在不同航速下的阻力预报及其试验数据的比对分析,结果显示,预报误差基本控制在4%以内。研究表明,该方法计算效率较高、易于实现、经济性较好,且预报精度能满足工程需要,具有较强的工程实用性。     

基于CFD的实船阻力快速预估方法

介绍了一种实船阻力快速预报的方法,通过数值计算得到形状因子(1+k)以及兴波阻力系数,结合实船试航积累的模型-实船相关系数,快速预报船舶的阻力性能。对两型不同类型的船舶应用该方法预报其设计工况附近的阻力性能,预报结果得到实船试航结果的验证,表明该方法具有值得期待的工程应用前景。     

散货船纵倾减阻及其成因分析

船舶纵倾优化作为一种有效的节能减排技术已越发受到人们的关注。为了研究船舶纵倾优化过程中纵倾调整对船舶阻力变化的影响,采用计算流体力学方法(Fluent软件)运用RANS方程加VOF自由面模型的方法求解了180000DWT散货船在不同纵倾状态下的阻力数值和流场信息,将阻力计算结果与模型试验结果进行对比,验证数值计算的准确性。比较不同纵倾状态下阻力值,得到船舶设计状态阻力随纵倾变化规律。进一步运用Euler方程加VOF自由面模型的方法求得兴波阻力,总阻力减去兴波阻力即为粘性阻力,结合流场细节分析和比较,获得船舶纵倾优化过程中总阻力变化的主导因素。本文研究对于纵倾优化技术在散货船型上的应用具有积极的指导意义。     

非定常波形分析的应用研究

本文根据线性理论的基本假设,并应用多点纵切法非定常波形测量与分析的结果,建立了船舶在规则波中迎浪航行时的非定常兴波柯钦函数与船型的关系和波浪增阻影响函数的表达式。柯钦函数的理论计算与波形分析实验结果的比较表明,两者吻合很好。这说明波浪增阻影响函数可以作为高速船舶最小阻力船型设计与改进的基本依据。文中还讨论了增阻影响函数的性征与变化规律。     

基于势流理论的双艉船型阻力计算研究

双艉船型是一种高效节能船型，为了评价其阻力性能，以势流理论为基础，采用Rankine源法来计算带双尾川江2000吨级成品油船的兴波阻力，根据三因次换算法获得总阻力，通过与试验值相比较表明，数值计算得到的阻力系数、波高和波形图能够较好地反映实际船体的兴波情况。     

非线性兴波数值方法在高速三体船侧体布局方案比较中的应用

为使三体船侧体布局方案阻力性能比较更加可靠,对单体船非线性自由面边界条件的兴波阻力预报程序进行改进,成功开发了考虑升沉和纵倾影响的三体船非线性兴波阻力预报程序,对15种侧体布局方案的Wigley三体船兴波阻力进行计算,并将其与线性薄船理论计算结果、线性自由面条件的Dawson型方法计算结果、模型试验结果进行比较,表明非线性兴波阻力数值方法能够更好地反映三体船兴波阻力特性,用于三体船侧体布局优化设计时较其他2种数值方法更加可靠.     

短波顶浪中KVLCC2船模阻力增加CFD计算研究

波浪中航行船舶阻力增加,特别是短波中的阻力增加,是船舶界关注的焦点之一,也是船舶水动力学界研究的热点之一。论文采用基于RANSE的数值波浪水池技术,针对KVLCC2船型,开展了短波顶浪中船舶阻力增加的数值计算研究。与模型试验结果的比较表明,文中的CFD方法能够相当准确地计算短波顶浪中航行船舶的阻力增加;对船体各部分波浪增阻的分析表明,船体艏段产生的波浪增阻占主导地位,艉段的波浪增阻很小,而平行中体段对波浪增阻几乎无贡献。     

水翼辅助推进船舶波浪中运动和增阻特性研究

基于在船首两侧增添（固定）水翼的水翼辅助推进船舶的设想,选取集装箱船型作为研究对象,采用三维面元法对原型和水翼船在规则波中的运动和增阻响应进行了预报,并与试验结果进行比较,验证了计算结果的准确性。研究结果表明水翼能够有效地减小船舶在波浪中的纵摇、垂荡和增阻响应,其中添加水翼船在波浪中的纵摇和垂荡响应峰值分别减少了21%和24%,而增阻响应则减小了80%。此外还对水翼展弦比和安装位置对船舶在波浪中的运动和增阻响应的影响进行了研究。     

短波顶浪中KVLCC2船模阻力增加CFD计算研究

波浪中航行船舶阻力增加,特别是短波中的阻力增加,是船舶界关注的焦点之一,也是船舶水动力学界研究的热点之一。论文采用基于RANSE的数值波浪水池技术,针对KVLCC2船型,开展了短波顶浪中船舶阻力增加的数值计算研究。与模型试验结果的比较表明,文中的CFD方法能够相当准确地计算短波顶浪中航行船舶的阻力增加;对船体各部分波浪增阻的分析表明,船体艏段产生的波浪增阻占主导地位,艉段的波浪增阻很小,而平行中体段对波浪增阻几乎无贡献。     

基于CFD的船舶不同浪向下运动及增阻数值分析

为分析波浪对船舶快速性和耐波性的影响,必须对波浪中航行的船舶阻力增值进行准确预报。本文基于计算流体力学软件FINE/Marine建立了Wigley船模的数值模型,对不同规则波波长下的船体运动和波浪增阻进行了计算,并与试验结果进行对比,验证了数值模型的可行性与准确性。同时计算分析了船舶在规则波中航行时的波浪增阻与浪向之间的变化关系。通过研究发现：随着浪向角的增大船舶波浪增阻逐渐增加,在60°浪向角时波浪增阻达到最大值,浪向角对波浪增阻的影响较大。本文的研究方法可用于船舶有航速下的不同浪向波浪增阻的数值预报。     

沉管管节浮运过程中波浪附加阻力的水动力学分析

波浪引起的附加阻力是管节海上浮运过程中总阻力的重要组成。采用基于势流理论的水动力学软件AQWA计算了管节浮运过程中的波浪附加阻力。通过建立管节及附属结构的三维有限元模型,确定管节的几何、物理性质,建立湿表 面模型进行水动力学分析。对影响附加阻力的各因素,包括水深、航速、波浪谱及波浪要素等,进行了参数敏感性分析。计算结果表明,采用P-M谱的计算值较采用JONSWAP谱有所不同,附加阻力随水深增加而减小,阻力值与波浪周期及波浪入射角均有一定的关系,与波浪高度的平方成正比,且与拖航速度成正比。     

中高速船加装减纵摇组合附体模型试验

对某常规单体排水式圆舭导弹护卫艇进行加装减纵向运动组合附体的模型快速性试验和耐波性试验。首先进行了小尺度模型的静水阻力试验和规则波试验，优选出阻力和减摇效果均较优的方案。进行了较大尺度模型的静水阻力试验、规则波试验和不规则波试验。试验结果表明减纵向运动组合附体可显著抑制舰船的纵向运动，包括垂荡、纵摇、艏、中、艉部加速度，以及砰击、上浪、波浪增阻等，经优化设计的组合附体尺度和布局对艇静水阻力基本没有影响。     

Effect of Sea Level Rise and Offshore Wave Height Change on Nearshore Waves and Coastal Structures

In 1994, Townend proposed a method to calculate the relative changes in various wave characteristics and structure-related parameters due to sea level rise for regular waves. The method was extended to irregular waves by Cheon and Suh in 2016. In this study, this method is further extended to include the effect of future change in offshore wave height and the sea level rise. The relative changes in wavelength, refraction coefficient, shoaling coefficient, and wave height in nearshore area are presented as functions of the relative changes in water depth and offshore wave height. The calculated relative changes in wave characteristics are then used to estimate the effect of sea level rise and offshore wave height change on coastal structures by calculating the relative changes in wave run-up height, overtopping discharge, crest freeboard, and armor weight of the structures. The relative changes in wave characteristics and structure-related parameters are all expressed as a function of the relative water depth for various combinations of the relative changes in water depth and offshore wave height.     

海平面升高和离岸波高改变对近岸波浪和海岸结构的影响（英文）

In 1994, Townend proposed a method to calculate the relative changes in various wave characteristics and structure-related parameters due to sea level rise for regular waves. The method was extended to irregular waves by Cheon and Suh in 2016. In this study, this method is further extended to include the effect of future change in offshore wave height and the sea level rise. The relative changes in wavelength, refraction coefficient, shoaling coefficient, and wave height in nearshore area are presented as functions of the relative changes in water depth and offshore wave height. The calculated relative changes in wave characteristics are then used to estimate the effect of sea level rise and offshore wave height change on coastal structures by calculating the relative changes in wave run-up height, overtopping discharge, crest freeboard, and armor weight of the structures. The relative changes in wave characteristics and structure-related parameters are all expressed as a function of the relative water depth for various combinations of the relative changes in water depth and offshore wave height.     

海上三体风电运维船阻力和运动性能综合研究

结合海上风电运维船的使用要求和三体船型特点,确定小型高速三体风电运维船船型,并寻求特定海况下阻力性能和运动性能优异的侧体布局方案。基于CFD计算静水阻力和规则波中迎浪增阻与运动响应,并预报不规则波中运动有义值和阻力值。通过比较表明,主、侧体艉部对齐时三体运维船的综合性能最优。从而为海上三体风电运维船的设计和性能预报提供参考。     

船体艏部水动力性能优化

提出一种以势流兴波阻力理论Rankine源方法为基础,结合SHIPFLOW软件为计算工具,利用CAD-CFD集成平台FRIENDSHIP-Framework软件进行变形优化,研究船舶的最小兴波阻力型线优化设计的方法,并考察了兴波优化得到的船型总阻力变化情况。在型线优化过程中,以兴波阻力系数为目标函数,排水量变化范围为约束条件,在Wigley船体前端增加一个利用Feature建模技术参数化生成的球艏并调整艏部型线使得船体表面光顺。选取球鼻艏形状的各项参数作为基本设计变量,利用DOE方法对船艏进行优化,获得了设计航速下兴波阻力较小的船型,验证了所提方法进行船艏型线优化的有效性。相应的考察变形及优化前后总阻力变化情况表明:在高傅汝德数情况下增加球艏所带来的粘性阻力的增加小于兴波阻力的减小量,总阻力得到了改善,优化后得到的球艏能在进一步减小兴波的同时减小总阻力。此外,还运用所提方法对3100TEU船型的船艏,利用Delta Shift方法进行变形,在设计航速下,将变形的参数作为设计变量,利用DOE方法进行优化设计。结果显示:在排水量限制范围内当球鼻艏向上向前伸展一定长度时可以降低兴波阻力。与此同时,由于优化前后船体湿表面积变化很小,粘性阻力的变化并不明显,兴波的减小则使得总阻力得到了改善。     

Theoretical study on the effect of parametric rolling on added resistance in regular head seas

A formula based on Maruo’s theory is presented for the added resistance in regular head seas when parametric rolling occurs. Firstly, the velocity potential of the radiation waves due to parametric rolling, sway and yaw motions should be superposed on the conventional velocity potential. Secondly, the added resistance is averaged within the time duration that is double the encounter period. Thirdly, the stationary-phase method which is used in Maruo’s method is also used to obtain the formula of added resistance in waves with parametric rolling taken into account as well as viscous roll damping. Fourthly, source distribution based on Maruo and Ishii's and Maruo and Iwase’s works is used to calculate the added resistance. Finally, the effect of parametric rolling on added resistance in regular head seas mainly results from viscous roll damping and it becomes larger as the amplitude of parametric rolling becomes larger.