船舶CFD模拟不确定度分析与评估新方法研究

比拟测量不确定度,视CFD模拟结果为随机变量,阐述了CFD模拟不确定度的定义、来源、分类和表示形式。基于正交试验设计和方差分析方法,提出了CFD不确定度分析中验证的内涵及实施流程;基于统计推断理论,提出了CFD不确定度评估中确认的标准及判断程序。应用Fluent软件及文中所建方法,针对阻力系数和伴流分数进行CFD模拟不确定度分析评估的实例计算,给出了对模拟结果有重要影响的计算因子和交互作用以及各类不确定度分量的大小,并指出就目前采用的CFD模拟技术而言,尽管其结果的分散性或不确定度数倍于物理试验,但其近似性或可信度已可接受。

组合式推进器干扰特性敞水试验评估分析新方法研究

以由导管、前置定子和转子构成的组合推进器敞水性能为研究对象,运用因子分析理论和分解试验方法,分析并建立了组合推进器各部件水动力相互干扰特征和敞水效率的表达与测量方法。针对CSSRC若干现存试验方案的试验数据,采用回归分析和方差分析方法,分析并建立了各种敞水性能评价指标与设计参数之间的相关关系,明确了对转子敞水效率有显著影响的设计参数仅仅是其负荷系数,而对相互干扰综合评价指标影响显著的仅仅是三个几何参数:导管出口面积比、前置定子特征安装角和转子特征螺距角。对典型情况下的敏感度和极值进行了分析,最终推荐该类组合推进器敞水性能的主参数优化策略为:先优化各部件的推力负荷分配,再优化部件之间的相互干扰特性。计算结果表明,与单独螺旋桨推进器相比,在同样的推力负荷下,干扰特性优化可使组合推进器敞水效率大幅度地提高。

增效降噪的潜艇前置导叶螺旋桨研究(英文)

潜艇前置导叶螺旋桨系统是中国船舶科学研究中心最近开发出的一种潜艇增效降噪的新装置。文中描述了它的组成和布局形式，阐述了其增效降噪原理，并对试验研究和开发的情况进行了介绍。

舰船综合航行性能虚拟试验环境(数值水池)顶层研究

从需求和技术推动的角度,提出自主研发我国舰船综合航行性能虚拟试验环境(数值水池)的整体设想,运用系统工程概念开展顶层设计研究,制定了总体研究思路,确定了总目标、技术指标体系以及主要研究内容和十大关键技术,并基于系统分析的概念给出了优选研究方案及关键技术攻关途径。该系统建成后,将可大大缩小船舶计算流体学研究领域内的国内外差距,显著提高国内舰船创新设计水平和船舶设计的国际竞争力,促进我国船舶工业的跨越发展。

船体与组合推进器水动力相互干扰特征的模型试验及推力减额特性的评估分析

以船体、导管和前置定子及转子组成的系统的推力减额特性为研究对象,基于因子分析理论,提出了该三因子系统的水动力相互干扰分析模型,导出了诸因子之间相互影响的求解公式,并采用分解试验方法实现了所有效应的准确测定。分析研究了系统推力减额的两种不同处理方式,建立了相应的评价指标体系。通过对两个特定方案的评估分析,推荐采用k2和t2作为系统推力减额性能优劣的综合评价指标,并建议采取以减小Rr/H和Rr/SD为主要方向的优化策略。

船体与组合推进器系统推力减额特性设计主参数和优化策略研究

在文献[1]的基础上,提出了评价船后组合推进器推力减额特性的4个指标:整体推力减额效率(1-t1)、转子推力减额效率(1-t2)、组合推进器推力比τ和导管定子阻力比γ。利用CSSRC现存试验数据运用简单对比和统计分析方法,给出了诸设计参数对这些指标影响的显著性和规律性。推荐采用受控于全部主参数的指标(1-t2)作为船体与组合推进器相互干扰特性优化的总目标,提出了用部分主参数控制的对应分目标优化和迭代来实现总目标优化的简明策略。实例计算表明,优化设计船体尾型主参数LRD、CPR和推进器主参数ex/AP的搭配,可大幅度提高船后组合推进器的推力减额效率。

21世纪初我国船舶水动力学技术发展方向与对策建议

简要分析了船舶工业对船舶水动力学技术的需求 ,在概述国内外研究现状、发展动态和该领域国内外差距的基础上 ,提出了我国船舶水动力学技术实现自主创新和跨越发展的总体思路 。

阻力试验的不确定分析

本文给出了阻力试验结果和不确定分析。试验在中国船舶科学研究中心（ＣＳＳＲＣ）的拖曳水池进行，模型长６．０米，方形系数０．６０。试验傅氏数从０．０９到０．３５。介绍了试验状况、拖车速度和阻力测量设备。对阻力系数和剩余阻力系数进行了不确定分析。

孔穴流激噪声的计算与验证研究

流激噪声的预报问题是流体动力声学领域的重点和难点。在气动声学领域,人们对此问题进行了很多探索,而在水声学领域,该问题尚缺乏深入的研究,文章的目的在于初步建立适用于水中流激噪声预报的数值方法。通过大涡模拟(LES)方法和FW-H声学类比方法,计算了两类孔穴的流激噪声问题,分析了声压谱级、壁面压力功率谱、涡量分布等,并利用试验结果对数值预报进行了验证。研究表明,计算结果量级可靠,符合声学一般规律。

潜艇阻力与流场的数值模拟与验证及艇型的数值优化研究

采用求解RANS方程的数值计算方法,结合k-着、RNGk-着与k-棕三种湍流模型,预报了数值方法验证研究用美国DARPA潜艇模型SUBOFF与CSSRC潜艇模型SM-x的阻力与尾流场,并将计算结果与试验结果进行了对比和分析,验证了数值方法的可靠性。然后,利用数值计算手段,对6条潜艇模型的尾流场进行了比较分析,选出了一条桨盘面不均匀度系数最优的艇型,并对指挥台围壳与尾翼进行了加设弧形填角(填角与附体一体化)的设计,数值预报了填角对于尾流场的影响,从涡量角度探讨了填角处的流动机理,结果表明填角能够改善桨盘面的入流品质。对于“木”字型尾翼的尾流场也进行了数值模拟分析。数值优化手段的可行性得到了验证。

三维孔腔流激噪声的大涡模拟与声学类比预报与验证研究

孔腔流动从属于与自持振荡密切相关的一类基本流动。在工业领域中,孔腔流动会引起结构振动与疲劳、噪声的产生与阻力的急剧增加,因而备受关注。文章通过大涡模拟结合FW-H声学类比方法,对于五种不同尺寸的方形孔腔在水中的流动发声进行了数值预报。首先,简要介绍了国际上采用大涡模拟结合声学类比在孔腔流激噪声数值预报方面所做的一些研究;其次,详细描述了所使用的大涡模拟方法、动态Smagorinsky亚格子模型以及FW-H声学类比方法。最后,详细分析了计算结果,包括孔腔中的流谱、孔腔与载体上的涡量分布以及五个孔腔的辐射噪声频谱。将噪声的计算结果与试验结果进行了对比,验证了文中所建立的数值预报方法的可靠性。

带流水孔潜体流场数值模拟

本文通过求解RANS方程,结合PISO算法与k-棕湍流模型,数值模拟了带有两种不同形式流水孔(纵缝式与格栅式)潜体的内外流场。数值模拟给出了流水孔流场的精细结构,计算并分析了潜体各个壁面上阻力成分的大小与成因。计算得到的流水孔阻力增量与试验值吻合较好。对计算结果的分析表明:流水孔引起的阻力增量主要集中在导流板与流水孔壁上;内部空腔壁上的阻力值是可以忽略的小量;涡旋流动主要集中在导流板之间;流水孔阻力系数随雷诺数的增加而趋于一稳定值。计算结果表明,本文中使用的方法可用于模拟流水孔内外流场。

数值拖曳水池与潜艇快速性CFD模拟研究

详细介绍了中国船舶科学研究中心所建立的数值拖曳水池中的潜艇快速性CFD模拟研究。明确了潜艇阻力、流场、自航(艇/桨干扰)水动力以及螺旋桨敞水水动力的计算方法。同时对潜艇快速性算例进行了系统分析,详细给出了数值预报精度。这些算例的计算模型包含15条系列回转体模型、10条系列全附体潜艇模型、SUBOFF潜艇模型、多条供计算验证所用的潜艇模型和螺旋桨模型。文中的研究结果是数值水池的重要组成部分,可资今后潜艇绕流数值计算借鉴与采用。

潜艇围壳线型优化抑制脉动压力与流激噪声的数值模拟研究

潜艇脉动压力与流激噪声的数值预报与分析已经成为流声耦合研究领域的重要课题。文章对于潜艇围壳进行了前缘加装填角以及三维座舱型围壳的线型优化,并采用大涡模拟与声学类比方法对于原围壳、带填角围壳与三维围壳的涡旋流场(马蹄涡)和声学特征进行了数值计算评估,分析了围壳线型优化对于壁面脉动压力和流激噪声的定量影响与抑制效果,研究表明直立型围壳加装填角或者进行三维流线型设计,可以明显改善围壳区域特别是围壳与艇体交接部的流动品质,使得脉动压力与流激噪声显著下降。文中工作有益于潜艇流声耦合学术研究以及未来新型潜艇设计。

阻力和流场的CFD不确定度分析探讨

为了解并研究CFD中不确定度分析的整个过程和细节,依照ITTC推荐规程,针对SUBOFF潜艇阻力和流场的数值模拟结果,进行了CFD中的不确定度分析和探讨。数值计算中采用了5套网格,网格加细比rG=2～(1/2)。在此基础上,进行了验证分析,评估了数值误差和数值不确定度,验证过程全部完成。而后进行了确认分析,评估了对比误差和确认不确定度,确认过程全部完成。

CFD在潜艇操纵性水动力工程预报中的应用研究

潜艇操纵性的设计预报基础是潜艇操纵性水动力的预报。基于潜艇线型几何参数的工程实用预报方法,在潜艇操纵性方案选型和水动力布局优化设计中显得尤为重要。本文探讨CFD在潜艇操纵性水动力预报方面的应用能力和预报精度,并应用七参数线型模型、采用均匀设计试验方法,设计了一个系列28条潜艇主体类水滴型模型,通过数值模型试验和回归分析,提出了潜艇主体操纵性水动力的估算公式,具有良好的应用前景。

水下航行体壁面脉动压力的大涡模拟研究

湍流壁面脉动压力是重要的水动力噪声源,开展相应的计算与试验研究十分必要。作者在大涡模拟的理论框架下,结合精细网格生成技术,对于水下航行体的壁面脉动压力进行了数值预报。首先,详细描述了所使用的大涡模拟方程与动态Smagorinsky亚格子模型,介绍了离散求解的数值方法。其次,利用大涡模拟计算了SUBOFF模型主体与附体上的表面压力分布,并利用试验结果进行了验证,分析了大涡模拟方法计算定常流动的可靠性。再次,计算了平板的湍流壁面脉动压力,并与CSSRC的消音风洞试验结果进行了对比,分析了大涡模拟方法计算非定常流动的可靠性。最后,对于水下航行体模型主体上三个位置与围壳上四个位置处的壁面脉动压力进行了大涡模拟,得到了脉动压力1/3OCT频谱,分析了频谱高频与低频特性以及衰减特性,并用试验结果进行了验证。研究表明,本文建立的水下航行体壁面脉动压力的数值预报方法是可靠的。

基于大涡模拟和Kirchhoff积分方法的孔腔流动发声机理分析

孔腔流动与流激噪声是流声耦合研究领域的重要课题。文章基于大涡模拟方法与Kirchhoff积分,探讨了水中孔腔流动的发声机理。由孔腔流动振荡模态分析可知,在水中较低马赫数情况下,流体共振模态极难存在,故而流体动力振荡是产生孔腔流激噪声的根源,从而揭示了孔腔流激噪声形成的机理。进而又基于Kirchhoff控制面积分与物体壁面积分,辨识了偶极子声源和四极子声源对于流激噪声影响量级以及频谱分布规律,并结合流体动力声源的数学表达、Lighthill应力张量的频谱分析和壁面效应分析,指出了孔腔中涡旋对于流场脉动量声学效应的输运作用是孔腔流激噪声传播的成因,从而揭示了孔腔流激噪声传播的机理。

潜艇水面与水下粘性绕流数值模拟(英文)

本文采用求解RANS方程的方法结合四种湍流模型,对于带有不同附体的SUBOFF模型尾流场进行了数值模拟。数值预报的桨盘面处不同半径上的轴向无量纲速度与试验结果进行了对比,结果表明湍流模型在数值模拟中起到重要作用。潜艇水面航行性能十分重要,因而对于潜艇自由液面绕流的数值模拟备受关注。本文采用VOF方法对于两条潜艇模型在不同傅汝德数下的自由液面绕流进行了数值模拟。计算得到的阻力、波形与试验结果吻合较好。文中也探讨了潜艇自由液面绕流的一般特性。并验证了用CFD手段预报潜艇粘性流场的能力。

船模数值水池框架及其研究基础

本文提出了自主研发我国船模数值水池的初步设想。在对国外船模数值水池最新发展动态分析的基础上,运用系统工程概念开展顶层设计研究,制定了总体研究思路,确定了总目标、技术指标体系、主要研究内容,进行了关键技术分析,给出了研究方案设想,并介绍分析了目前国内的研究基础。船模数值水池的研究建立,将可大大缩小船舶计算流体学研究领域内的国内外差距,显著提高国内船舶创新设计水平和船舶设计的国际竞争力,促进我国船舶工业的跨越发展。