实船自航试验数值模拟及尺度效应分析

以KCS船和KP505桨为计算对象,采用RANS方法和VOF模型,开展了考虑自由液面的实船自航试验数值模拟。首先进行KCS船模自航点工况下的流场计算和KP505桨的敞水性能计算,计算结果与试验值吻合较好,验证了计算方法的可行性。本文分析了船体阻力、波形和速度场的尺度效应,获得了实船的推进因子。根据数值自航试验曲线确定了自航点,进而插值计算得到实船推进因子,并分析发现自航点转速和伴流分数尺度效应明显。结果表明:实船伴流分数要小于船模,自航点转速要大于船模。     

浅水效应对船舶阻力及流场特性的影响分析

为了分析浅水条件下船舶阻力及流场的特点,本文基于混合网格技术,结合Reynolds average numerical simulation(RANS)方法,对标准船模KRISO Container Ship(KCS)开展了船模浅水效应的数值预报分析。KCS船的船艉部分使用了三种不同的非结构网格划分方法,与水池试验值对比得到恰当的网格划分方法。通过改变数值水池高度探究水深变化对于船舶阻力及流场特性的影响。研究发现:当水深h小于10倍吃水时,KCS船浅水效应明显,随着水深的减小,船舶阻力系数、z方向抽吸力以及桨盘面伴流分数均呈增大趋势;随着水深的减小,艏艉压力差逐渐增大,船艉倾现象更加明显。     

碎冰条件下冰区船阻力性能试验研究

为了探究碎冰条件下冰区船试验方法和实船阻力预报方法 ,研究碎冰条件下冰区船舶阻力随速度变化规律,以及阻力随密集度变化规律,采用非冻结模型冰在拖曳水池中开展了4种密集度(60%、70%、80%、90%)工况下阻力试验。试验结果表明:随着碎冰密集度的增加,船模与碎冰的遭遇频率向更高速度点转移;碎冰密集度不同,船模总阻力不稳定区也不同;船模总阻力随着碎冰密集度的增加而增加;根据加拿大海洋技术研究所的Colbourne实船转换方法,预报了实船在1.05 m和2.0 m冰厚时的总阻力。     

改进的双目立体视觉算法及其应用

为了提高双目立体视觉算法正确匹配率,本文改进了特征点提取及立体匹配算法。特征点提取部分,定义了尺度方向不变角点;在匹配计算部分,利用极线约束计算特征点的候选匹配角点,采用视差梯度约束和最大向量角准则多约束条件实现精确匹配。对本文的改进算法进行了实验室以及水池试验验证:实验室中采集小盒图片;水池试验中,拖车带动船模在试验水池航行时,采集船后部的波浪图片。实验结果显示,改进算法在水池实验图片处理中的正确匹配率比尺度不变特征变换(SIFT)算法高14%。     

双粒度混合烧结矿颗粒填充床压降实验

为了揭示双粒度混合烧结矿颗粒填充床阻力特性规律,采用实验方法测量双粒度烧结矿颗粒填充床的压降,对表观流速在0.3~1.8m/s范围内的填充床宏观特性参数、空隙流动状态和阻力因子进行研究,并与玻璃球颗粒进行比较.结果表明:双粒度混合烧结矿填充床的渗透率K随着粒度增加最终相对单一粒度增大40%,Forchheimer系数F随粒度分布范围的增大而增加;空隙流动进入不稳定的过渡区和湍流区的速度比单一粒度有所降低;壁面效应修正黏性项系数Aw和Bw整体减小;提出包含粒度分布范围的混合粒度烧结矿填充床阻力预测公式,对修正黏性项系数Aw平均预测误差小于12.3%,对修正惯性项系数Bw平均预测误差小于3.4%.     

舰船敷设抗冲瓦后的阻力计算与试验研究

为了研究舰船敷设抗冲瓦后的阻力性能,采用RNG湍流模型和有限体积法求解RANS方程对船模三维粘性绕流进行了数值模拟,兴波阻力计算则采用基于格林定理的时域边界元法.开展了敷设抗冲瓦前后的阻力性能拖曳水池对比试验.理论计算与试验结果表明:舰船敷设抗冲瓦后阻力在低速时基本保持不变,中高速时会由于兴波阻力的增加使得舰船的阻力有所增加,但不超过1%.计算与试验结果的比较验证了数值方法的有效性.     

冰区航行船舶碎冰阻力预报数值模拟方法

随着越来越多的国家认识到北极地区巨大的潜在价值,冰区船舶的性能研究和设计工作也愈发的为人们重视。为了研究冰区船舶在碎冰区域内的航行阻力,运用Ls-dyna软件的罚函数算法和流固耦合算法对冰区船舶在碎冰中航行过程进行了数值模拟,分别计算了60%、80%和90%碎冰密集度下4个速度点的船-冰作用力。在船模拖曳水池非冻结模型冰试验的基础上,对数值模拟结果进行分析评估。认为数值模拟结果在较低速度条件下在定性上与试验结果比较符合,数值模拟方法在冰区船阻力性能研究工作中有着重要的参考价值。     

波浪-浮冰作用下冰区船舶阻力性能试验

太原为了研究波浪-浮冰联合作用下冰区船舶阻力性能,本文依托具有造波能力的常规船模拖曳水池,采用石蜡非冻结模型冰,模拟冰缘区波浪-浮冰共存的特殊环境,设计完成了船模在波浪-浮冰联合作用下的阻力性能测量试验。研究发现:在波浪-浮冰共同作用下,浮冰与船模的相互作用加剧,从船艏没入水中并沿船底向艉部滑行的浮冰数量明显增多,可能会对螺旋桨的推进效率产生不利影响。同时,由于波浪-浮冰-船模三者的耦合作用,船模在该工况的总阻力等于静水阻力、波浪增阻和碎冰阻力的简单加和,还需要考虑三者耦合作用的阻力增量。波高以及浮冰的密集度等参数都会对耦合增阻的大小产生影响。     

实船阻力及流场数值预报方法

为快速准确预报实船阻力及流场信息,对基于模型尺度数值计算外推方法、虚拟流体粘度方法、实尺度计算方法的阻力及流场计算结果进行了比较和分析。在傅汝德数0.15～0.41内,3种方法与船模试验值外推预报的实船阻力差分别在7%、4.5%、3.5%以内,其中虚拟流体粘度方法和实尺度计算方法均考虑了粗糙度的影响。在波形与伴流场的比较中,虚拟流体粘度方法与实尺度计算方法预报结果基本一致。虚拟流体粘度的方法能够较好预报实船的阻力和流场,且计算量最小,具有较强的工程应用价值。     

CFD技术在三体船阻力性能研究中的应用

三体船作为一种新型的高性能船型,由于其出色性能而受到越来越多的重视.同时,三体船型仍不是一种成熟的船型,对它的研究和应用还面临很多难题.文中在粘性理论的范畴内,将目前较流行的CFD技术应用于三体船的阻力性能研究中,在考虑自由水面效应的前提下,模拟了2种三体船构型在不同航速下的粘性流场,与三体船模型水池拖曳试验结果相比较,采用CFD技术模拟的结果是合理的.表明CFD技术可以在三体船型水动力性能研究中发挥重要作用.计算与试验结果在高Fr数段的较明显偏差表明对应用的方法或者算法本身有改进的必要.     

CFD方法的船舶骑浪稳性研究

为研究船舶骑浪状态下的稳性损失,本文基于计算流体力学方法,对船舶骑浪航行时的复原力臂进行了计算。采用边界造波法构建了适用于船舶骑浪航行的规则波数值波浪水池,以某瘦长型船模为例,对其在静水及3种不同波高波浪中骑浪航行且波峰位于船舯时的流场进行了数值模拟,综合计入波浪及船行波影响,计算了船模在不同横倾角下的复原力臂,得到了不同工况下的船模稳性曲线。实验结果表明,船舶骑浪航行时,波高越大,稳性损失越严重;骑浪航行时船舶航速较高,在计算稳性损失时,船行波的影响不可忽略。     

关于线性兴波阻力理论的解释,修正与计算

线性兴波理论用于计算实际船型阻力时偏差较大，本文基于有限波陡和波能密度限制，探讨对该理论的解释，提出两种修正方法，对Ｗｉｇｌｅｙ船型和系列６０的三个船型的兴波阻力系数进行计算，结果与船模试验剩余阻力相符较好。     

三体船阻力计算的改进方法研究

为了提高三体船的阻力计算精度,采用CFD技术分析了网格、湍流模型、对流项离散格式等3个因素对三体船阻力性能计算的影响,探讨了开展网格收敛研究、运用网格自适应技术、选取适用的湍流模型及对流项离散格式等措施来改进三体船阻力性能预报的可行性.研究表明,分别从网格、湍流模型及对流项离散格式等角度改进三体船阻力性能预报的难度极大,并且收效不明显.由于各种因素导致的模拟误差无法完全避免,基于各因素导致的误差及偏差在一定程度上能够相互抵消的想法提出一种改进三体船模型阻力性能预报的方法,计算结果及验证研究表明该方法能够改进三体船模型的阻力计算.     

三体船构形与兴波阻力关系研究

三体船型的某些特点优于常规单体船型和双体船，使其成为高性能船的一种受到重视的船型。然而，为改进其水动力学性能和促进其实用化，尚有一些问题需要解决，例如有关三体船构型与阻力性能的关系。本文中用改进的理论方法计算三体船的兴波阻力。该分法基于Noblesse的新细长船理论，采用基元波波陡限制，并将某些被积函数用特殊函数展开。结合这种效率较高的算法，为探明三体船构型及其阻力间的关系以及优化构型和三体船侧体的主尺度，本文作者分别开发了用枚举法和遗传算法的三体船构型优化方法。按照优化结果，进行了三体船船模试验。试验与计算的比较表明所述方法是可靠的。文中某些结论与其他一些研究者的系统试验的结论相符。     

雷诺相似船模预报实船推进因子的数值方法

为了克服船模预报实船推进因子中的尺度效应,通过引入虚流体运动粘性系数,在数值计算中实现了缩尺船模与实船的雷诺数相似.根据船体兴波作用对推进因子影响甚小的基本分析结论,运用RANS方程和RNG k-e湍流模型,对一条缩尺比为20的雷诺相似船模进行了不考虑船体兴波影响的自航数值试验计算,通过对数值相似自航船模自航点和推进因子的数值计算,预报了实船的实效伴流分数和推力减额分数,所得结果与试验吻合较好,表明了该文的实船推进因子预报方法町以消除船模与实船之间固有的尺度效应,具有较强的工程实用性.     

方截面超高层建筑风洞试验阻塞效应研究

以方形柱体为研究对象,通过3组仅缩尺比不同,其他指标完全相同的风洞试验测压模型,设置了不同周边建筑布置方式,研究了周边建筑与主体建筑在多种相对位置下阻塞效应对试验数据的影响。结果表明,迎风面风压系数受阻塞效应影响程度小于侧面和背风面,但当周边模型位于主体模型前方时,阻塞效应对迎风面均方根风压系数的影响仍不可忽略;侧面风压系数受阻塞效应影响程度最为显著(尤其当周边模型位于主体模型两侧时),且侧面上游测点平均风压受阻塞效应影响程度大于下游测点,而均方根风压系数则是下游受影响更明显;背风面风压系数受阻塞比的影响程度小于侧面,但当周边模型位于主体模型后方时,背风面下部测点受阻塞效应影响较为明显。整体来看,在同样的阻塞比下,不同周边建筑的摆放位置所造成的阻塞效应不相同,说明阻塞比这一整体指标不足以完全衡量出阻塞效应的严重程度,阻塞比的精细方法还有待建立。     

冰区航行船舶阻力预报方法

为了更好地对冰区航行船舶阻力进行预报,了解不同预报方法的特点,对数十年来国内外冰区船阻力性能领域的研究成果进行综述。将研究工作按照经验公式方法、数值模拟方法和模型试验方法 3个类别进行整理,对每一种研究方法进行论述,分析不同研究方法在阻力性能研究工作中的应用,比较了3种主要方法的特点,以船模试验为基础的经验公式方法具有重要作用,对未来的阻力性能研究发展提出了展望,非冻结模型冰试验和数值模拟方法将成为重要的研究方向。     

波浪中KVLCC2运动与阻力增加的CFD计算及分析

为研究肥大型船舶在波浪中的运动与增阻问题,基于计算流体动力学(computational fluid dynamics,CFD)理论建立了数值波浪水池,并结合重叠网格方法对KVLCC2迎浪航行进行了模拟研究。文中计算了Fn=0.142时KVLCC2船模在不同频率遭遇波作用下的运动和阻力,采用傅里叶级数展开法分析获得垂荡、纵摇运动响应和阻力值,将船模在波浪中航行受到的阻力减去静水航行阻力,获得了不同频率下的阻力增加值,将运动与阻力增加值与相关实验结果比较,吻合良好。通过对Fn=0.142时KVLCC2在波浪增阻成分进行的分析,与相关势流理论计算结果及实验结果对比,研究表明:短波增阻主要由船体绕射贡献,同时表明CFD方法计算船舶在波浪上的运动和增阻的可靠性。     

高速滑行艇阻力性能RANS计算中网格影响因素

为了准确预报高速滑行艇的水动力与阻力特性,本文基于RANS方法和重叠网格技术针对某50 kn高速单体滑行艇的缩比船模阻力特性开展了数值计算研究。分析了网格类型、船体边界层网格分布、船体表面网格尺度、流场背景域网格加密等网格相关因素对艇底气水混合物分布、兴波形状、船体姿态以及船体阻力预报结果的影响,并与船模阻力试验结果进行了比较。通过研究认为:开展高速滑行艇的运动与阻力性能RANS预报时,网格因素对模拟高速滑行艇边界层流动、艇体周围湍流流动和兴波特性,以及预报艇底气水分布、艇体航行姿态与阻力性能具有显著影响。     

对径向通风时粮层阻力的探讨

笔者对垂直通风时粮层阻力的公式,经过数学推导得到粮堆径向通风时的阻力计算式。根据实测结果,利用统计的方法求出稻谷垂直通风时粮层阻力修正计算式的线性回归方程,然后对经过修正的垂直通风时粮层阻力公式进行数学处理,得到稻谷径向通风时粮层阻力的第二个计算式。