检索结果-内蒙古大学图书馆

华中科技大学学报(自然科学版) 2025年第4期53卷 125-131页

作者：谭康力谢伟解学参刘强中国舰船研究设计中心湖北武汉430064

以KCS为研究对象,采用RANS(雷诺平均)方法结合螺旋桨体积力法对其进行了不同重心下自航船舶操纵运动数值模拟研究.首先,进行了设计状态下KCS的回转运动和Z型运动数值模拟,对比了H-O体积力法、BEM(叶素理论)体积力法和真实螺旋桨法模拟... 详细信息

以KCS为研究对象,采用RANS(雷诺平均)方法结合螺旋桨体积力法对其进行了不同重心下自航船舶操纵运动数值模拟研究.首先,进行了设计状态下KCS的回转运动和Z型运动数值模拟,对比了H-O体积力法、BEM(叶素理论)体积力法和真实螺旋桨法模拟结果的差异;然后,基于BEM体积力法进行了不同重心下的船舶回转运动和Z型运动数值模拟.结果表明:相比H-O体积力法,BEM体积力法和真实螺旋桨法求得的推力更接近且BEM体积力法可以考虑真实螺旋桨的侧向力;重心变化不仅显著影响着船舶水平面内的操纵性能,而且对船舶的横摇运动也有着不可忽略的影响,船舶水平面内的操纵性能和横摇运动之间的耦合作用不可忽略.

关键词：重心变化雷诺平均方法体积力法船舶操纵性横摇运动螺旋桨侧向力

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基于体积力法的半悬挂舵和全悬挂舵回转性对比

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造船技术 2023年第3期51卷 14-18,67页

作者：周旭谢畅南通中远海运川崎船舶工程有限公司江苏南通226005

针对半悬挂舵和全悬挂舵回转性能差异问题,建立用于模拟螺旋桨推力的体积力模型,评估两种不同形式舵的回转性。对标模KCS船型回转运动进行计算流体动力学(Computational Fluid Dynamics,CFD)模拟,船后螺旋桨作用使用体积力模型替代。开... 详细信息

针对半悬挂舵和全悬挂舵回转性能差异问题,建立用于模拟螺旋桨推力的体积力模型,评估两种不同形式舵的回转性。对标模KCS船型回转运动进行计算流体动力学(Computational Fluid Dynamics,CFD)模拟,船后螺旋桨作用使用体积力模型替代。开展半悬挂舵回转性CFD模拟,并与试验结果对比验证。设计全悬挂舵并模拟其回转性,与半悬挂舵回转性进行比较。结果显示,半悬挂舵除战术直径与试验结果相差9.48%外,其他回转特性参数与试验结果相差均在3%以内,说明基于体积力法模拟回转性具有较高的可信度。全悬挂舵的回转特性参数均优于半悬挂舵,说明全悬挂舵的回转性能更佳。

关键词：半悬挂舵全悬挂舵回转性体积力法数值模拟 CFD

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体积力法在船舶自由直航数值计算中的影响因素研究

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武汉理工大学学报（交通科学与工程版） 2017年第2期41卷 273-276页

作者：吴浩欧勇鹏向国海军工程大学舰船工程系武汉430033

为了探索体积力法在船模自由直航数值计算中的适用性及影响因素,针对某双尾鳍船型,采用体积力法建立虚拟桨模型,探讨了进流盘面的半径、偏移量等对航速的影响规律,并与自航模试验结果进行对比.结果表明,进流盘半径对航速的影响较大,而... 详细信息

为了探索体积力法在船模自由直航数值计算中的适用性及影响因素,针对某双尾鳍船型,采用体积力法建立虚拟桨模型,探讨了进流盘面的半径、偏移量等对航速的影响规律,并与自航模试验结果进行对比.结果表明,进流盘半径对航速的影响较大,而偏移量对航速影响较小;采用体积力法建立虚拟桨模拟船模自由直航,航速计算精度可达0.5%,最大偏差不超过5%.

关键词：数值计算自由直航体积力法自航模

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基于体积力法的全附体KCS型船模PMM运动数值模拟

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中国舰船研究 2016年第4期11卷 29-37,66页

作者：王慧婷毕毅海军工程大学舰船工程系湖北武汉430033

为高效、精确地求解船舶操纵水动力导数,以全附体KCS型船模为研究对象,基于RANS方程及VOF模型,在star-ccm+平台上采用体积力法模拟螺旋桨作用,计及自由面兴波及航行姿态变化对船模水动力的影响,开展斜航、纯艏摇、漂角和艏摇组合3种平... 详细信息

为高效、精确地求解船舶操纵水动力导数,以全附体KCS型船模为研究对象,基于RANS方程及VOF模型,在star-ccm+平台上采用体积力法模拟螺旋桨作用,计及自由面兴波及航行姿态变化对船模水动力的影响,开展斜航、纯艏摇、漂角和艏摇组合3种平面运动机构(Planar Motion Mechanism,PMM)运动的数值模拟,将横向力Y、艏摇力矩N、横倾力矩K的数值模拟结果与试验结果进行对比,并依照PMM试验的动力学方程,通过最小二乘法拟合和傅立叶积分,将数值模拟结果与试验结果的时历曲线进行分析处理,求得操纵水动力导数。研究结果表明:该方法用于数值模拟PMM运动是可行的;求得的水动力导数中Y′vvv,N′vvv误差略大,其余水动力导数误差均在15%以内。

关键词：体积力法 KCS船型平面运动机构水动力导数

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船过丁坝过程中的船体受力及桨推力变化分析

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水动力学研究与进展（A辑） 2024年第3期39卷 340-348页

作者：曾倩冀楠范晓飚马忠鑫邓小兵重庆交通大学航运与船舶工程学院重庆400074

丁坝的束流作用会造成坝头外河道流速增加,对过往船舶的航行阻力和螺旋桨推力产生较大影响。该文采用体积力法建立船-桨-舵一体的自航模型,基于RANS方程,结合Realizable k-ε湍流模型,对船过丁坝过程中的船舶受力情况和螺旋桨推力进行... 详细信息

丁坝的束流作用会造成坝头外河道流速增加,对过往船舶的航行阻力和螺旋桨推力产生较大影响。该文采用体积力法建立船-桨-舵一体的自航模型,基于RANS方程,结合Realizable k-ε湍流模型,对船过丁坝过程中的船舶受力情况和螺旋桨推力进行了数值模拟;而后,将模拟结果与实验数据进行对比,验证了数值仿真方法的合理性;最后,以河道流速和船舶航速作为变化参数进行数值分析。研究结果表明:船舶纵向力(船体阻力)、横向力和转艏力矩的变化均随着船舶航速的增大而逐渐减小,且横向力的变化呈现双峰曲线的形态;螺旋桨桨前伴流的分布并非相对于船体中纵剖面对称,而是偏向丁坝后方的低速回流区;船舶处于丁坝下游时,高伴流区更集中于船中纵剖面附近。

关键词：丁坝水动力特性体积力法船-桨-舵一体

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混合吊舱对转桨与普通桨舵回转性能的数值研究

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中国造船 2021年第4期62卷 132-141页

作者：王浩天吴家鸣周长科华南理工大学土木与交通学院广州510630

为了研究混合吊舱对转桨的回转操纵性能,对一艘集装箱船模型分别配置混合吊舱对转桨和普通舵桨,并使用体积力模型模拟桨对船体的作用。采用RANS方法和重叠网格技术,对两者在静水中的操舵回转运动进行数值模拟。比较两者回转运动特征参... 详细信息

为了研究混合吊舱对转桨的回转操纵性能,对一艘集装箱船模型分别配置混合吊舱对转桨和普通舵桨,并使用体积力模型模拟桨对船体的作用。采用RANS方法和重叠网格技术,对两者在静水中的操舵回转运动进行数值模拟。比较两者回转运动特征参数、受力及流场特性。计算结果表明,配置混合吊舱对转桨的船舶较普通桨舵能在更短时间内完成90°转艏与180°回转;减小混合吊舱对转桨前、后桨的推力比,可使船舶以较小的战术直径完成回转,操纵性能较普通桨舵优越。普通桨舵流动分离现象较吊舱桨严重,吊舱桨大部分区域的涡脱落得到抑制,其振动和噪声性能优于普通舵。该项工作可为混合吊舱对转桨的操纵性能研究提供参考。

关键词：回转性能混合吊舱对转桨体积力法重叠网格数值模拟

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波浪推进艇的集成电机推进器设计及航速预报

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船舶力学 2021年第5期25卷 548-557页

作者：郑跃洲王冬姣叶家玮华南理工大学土木与交通学院广州510640 中集海洋工程有限公司广东深圳518000

为了给现有的波浪推进无人艇研制辅助动力装置,对有桨轴型集成电机推进器进行了相关的设计,包括电机设计、水动力性能和桨叶结构强度计算。首先进行电机的设计和螺旋桨的选型,并通过流固耦合方法对集成电机推进器周围的流场和桨叶应力... 详细信息

为了给现有的波浪推进无人艇研制辅助动力装置,对有桨轴型集成电机推进器进行了相关的设计,包括电机设计、水动力性能和桨叶结构强度计算。首先进行电机的设计和螺旋桨的选型,并通过流固耦合方法对集成电机推进器周围的流场和桨叶应力场进行了计算。然后使用Star ccm+重叠网格法计算了水翼抬离水面工况无人艇模型的静水阻力,并与拖曳试验结果进行比较,验证了CFD计算方法的可行性。最后使用体积力法替代螺旋桨的作用,对安装了首固定水平翼和一个集成电机推进器的波浪推进无人艇在静水和迎浪规则波中航行时的航速进行了预报。

关键词：集成电机推进器流固耦合体积力法航速预报

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大型集装箱船-桨-舵耦合的水动力性能数值模拟及试验验证

大型集装箱船-桨-舵耦合的水动力性能数值模拟及试验验证

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作者：谢添慰杭州电子科技大学

学位级别：硕士

近年来,由于受到IMO（International Maritime Organization）组织中EEDI（Energy Efficiency Design Index）和“减少温室气体排放”等相关指标的限制,传统的船舶行业开始出现危机,迫使船厂及相关单位设计出更加节能高效的船舶或开发... 详细信息

近年来,由于受到IMO（International Maritime Organization）组织中EEDI（Energy Efficiency Design Index）和“减少温室气体排放”等相关指标的限制,传统的船舶行业开始出现危机,迫使船厂及相关单位设计出更加节能高效的船舶或开发新的船型。船舶阻力裁夺了船舶的实用性与经济性,通过评估船舶阻力,可以优化船舶设计、评估船舶性能、优化航线规划。作为推进装置,螺旋桨的匹配对船舶的稳定性、快速性和经济性至关重要。此外,舵在船舶的稳定运行和航向调整方面起着举足轻重的作用。因此,不仅要关注螺旋桨以及船体本身,还需要充分考虑船体、螺旋桨和舵组成的耦合系统。深度探究船-桨-舵耦合下的船舶性能对前期的设计和中后期的优化有着重大的科研价值和广泛的应用前景。本文的目标是针对两艘大型船舶,基于CFD（Computational Fluid Dynamics）商业软件进行船舶性能仿真,并开展船模试验验证比对。主要工作包括: （1）针对实尺度的大型汽车滚装船,分析其船舶阻力特性。设定计算工况,建立三维数值计算模型,计算得出静水阻力,与船模试验进行比对,平均误差为0.62%,并分析了兴波与船体相对位置的变化情况。也对该船在18种规则波与3种海况下的阻力进行了数值模拟,分析了阻力的组成成分与变化趋势。规则波下的总阻力基本上呈正态分布,总阻力峰值均存在于波长为1.2倍船长Lpp的工况。对于不同海况,基本上随着海况等级的增加,波浪阻力呈线性增加。（2）针对大型集装箱船9500DWT的船-舵耦合系统。首先对船舶进行实尺度三维建模,设定几何模型与计算工况,划分三维数值计算模型（包括计算域、边界条件及网格）,并进行网格无关性验证,得出实尺寸船-舵耦合下的静水阻力以及流场仿真结果与分析。将仿真结果与试验值进行对比验证,发现总阻力系数与试验值的最大误差为3.84%,最小误差为0.06%,各工况的平均误差为1.72%。（3）针对实尺度的大型集装箱船9500DWT的船-桨-舵耦合系统。首先完成对目标螺旋桨的敞水实验,得出其敞水性能曲线。接着根据其自身的几何参数与计算工况建立三维数值计算模型,其中采用体积力法模拟螺旋桨的旋转运动,得出静水阻力,分析船-桨-舵耦合相互作用的伴流、推力减额以及推进效率。对比船-舵耦合与船-桨-舵耦合的数值模拟结果。同时,完成了9500DWT的船模自航试验,验证得出螺旋桨发出功率与转速的误差均控制在5%以内,平均误差分别为2.21%和2.43%。此外,还研究了9500DWT在波浪中的自航状况,探究波浪增阻与兴波的变化,越高等级海况下的风浪状况会对自航中的船舶施加更多的波浪阻力,且有递增趋势,艉部兴波也愈发复杂。（4）针对船-桨-舵耦合系统提出一种节能优化方案,在螺旋桨后引入所设计的毂帽鳍以提高整体的推进效率,改善螺旋桨的尾部流场,对比螺旋桨包含毂帽鳍和不包含毂帽鳍的两种方案的流场变化。包含毂帽鳍的方案有效降低了尾流场涡旋的混乱程度,舵表面的流线也得到了整合。优化方案可以有效减小螺旋桨所发出功率的3%～5%,提高了推进效率,达到了节能目的。

关键词：船-桨-舵耦合实尺寸三维数值模拟阻力特性体积力法节能优化

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船舶在受限水域航行时的尺度效应影响研究

船舶在受限水域航行时的尺度效应影响研究

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作者：马忠鑫重庆交通大学

学位级别：硕士

船舶运输以其成本低而成为国际贸易、内河大宗货物运输的主要手段,为追求经济效益,船舶日益朝向大型化方向发展。船舶尺寸增大使得质量惯性增大,操纵响应时间变长,尤其当船舶在受限水域内航行、或者进港、靠泊时,浅水与岸壁会对其操纵... 详细信息

船舶运输以其成本低而成为国际贸易、内河大宗货物运输的主要手段,为追求经济效益,船舶日益朝向大型化方向发展。船舶尺寸增大使得质量惯性增大,操纵响应时间变长,尤其当船舶在受限水域内航行、或者进港、靠泊时,浅水与岸壁会对其操纵性与安全性造成进一步的挑战。如今,适航水深与船舶实际吃水间的比值不断缩小,船-岸距离与船宽间的比值也不断减小,这导致了船舶更易受到浅水-岸壁的耦合作用影响。同时,随着计算机性能的不断提升,可以对实尺度船舶进行直接水动力模拟,更好地对比实船与模型船水动力性能的异同,为进一步探究受限水域航行的船舶水动力特性提供了硬件基础。综上所述,有必要对模型尺度和实尺度船舶进行在受限水域航行时的水动力特性研究。为更好地探究实船与船模在受限水域航行时的水动力特性区别,进一步研究实船实际自航状态与无桨时的差异。本文通过数值计算方法,采用SST k-ω湍流模型求解RANS方程,使用体积力法模拟实尺度螺旋桨,完成了KCS船舶在受限水域航行的水动力性能预报。首先通过对计算模型的有效性与网格不确定度展开分析,验证了算例设置的可行性。对缩尺比为31.6的带舵模型尺度船舶、实尺度带舵船舶以及实尺度带舵带桨船舶分别进行了不同水深吃水比和船-岸距离的数值计算模拟。然后就受限水域内的船舶进行了船舶绕流场、速度场等尺度效应的分析,研究了螺旋桨对船体的影响。最后开展了不带桨时的船舶阻力、表面压力、周围流场、浅水效应影响程度等的尺度效应研究,同时对比自航状态下的实船的水动力性能,分析并总结了三种形式下的船舶在受限水域航行时的水动力性能变化规律。本文的研究结果表明:实尺度船舶的水动力改变特性与模型尺度船舶类似,但船舶受浅水的影响较岸壁更大,且实尺度船舶的绕流场更为平稳。螺旋桨的存在会加速船体周围流场的纵向速度,使得船舶纵向受力增大;螺旋桨的抽吸与整流作用会改善船舶在受限水域的航行状态,对流场偏移产生修正作用等。本文采用数值模拟的手段,对船舶航行于受限水域时的水动力特性进行预报。利用体积力法的技术完成了实船在受限水域内的自航数值计算,在获取较为精准的水动力数据的同时,大幅提升了计算效率,为同类型的数值研究及船舶在受限水域中的安全通航提供参考。

关键词：尺度效应受限水域流场偏移体积力法

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静水环境船模自航试验数值模拟分析

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中国设备工程 2023年第11期 20-25页

作者：赵鹏飞郑梦月孙树政中石化海洋石油工程有限公司上海钻井分公司上海201208 哈尔滨工程大学船舶工程学院黑龙江哈尔滨150000

船舶在静水环境中的快速性研究需要对主船体静水阻力、螺旋桨敞水特性、船体航行姿态等进行综合分析,船模自航试验是研究船舶快速性的重要手段。基于计算流体力学(CFD)方法,对船舶自航试验开展数值模拟与分析,采用体积力模型计算了某螺... 详细信息

船舶在静水环境中的快速性研究需要对主船体静水阻力、螺旋桨敞水特性、船体航行姿态等进行综合分析,船模自航试验是研究船舶快速性的重要手段。基于计算流体力学(CFD)方法,对船舶自航试验开展数值模拟与分析,采用体积力模型计算了某螺旋桨敞水特性曲线,计算了某船模型在静水中的自航性能。通过数值模拟,得到了螺旋桨推力系数、螺旋桨扭矩系数等自航参数以及船体阻力、姿态等,分析了船体模型在不同航行状态下的船体快速性。

关键词：自航模型试验体积力法船舶阻力数值模拟

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