碎冰模型形状对船舶碎冰阻力数值预报的影响

在数值模拟中,碎冰模型形状对于船舶碎冰阻力预报结果的准确性具有显著影响。本文以某极地环保多用途运输船为案例对象,研究7种数值碎冰模型形状对船舶碎冰阻力预报的影响,建立片状正方形、圆形、正五边形、正六边形、椭圆形、梯形和不规则多边形数碎冰模型,采用CFD-DEM的方法对船舶碎冰阻力进行预报,并将结果与冰水池模型试验相对比。研究表明,7种形状碎冰模型均能很好模拟出模型试验现象,数值计算得到的碎冰阻力值均比模型试验结果高,片状圆形碎冰模型数值计算值高2.04%,在7种形状中误差最小。因此,在以阻力预报为目的船舶碎冰航道航行CFD-DEM数值计算中,建议采用片体形状为圆形的数值碎冰模型。

高速槽道双体艇船型设计与阻力性能评估

[目的]槽道双体艇是一种中部贯通含有两个滑行片体的特殊滑行艇船型,中部槽道受到气旋抬升作用能使艇体脱离水面达到更高的航速,具有良好的快速性,同时在高速航行时能很快进入稳定状态。针对高速槽道双体艇的艇型参数化设计与阻力性能评估对于高性能船舶的船型开发与设计具有重要意义。[方法]采用clamped B样条曲线定义槽道双体艇的主要型线进行艇体船型参数化构型,并通过STAR-CCM+软件设置多船型方案对比,研究双体艇槽道尺寸和斜升角大小对艇体阻力性能的影响。[结果]得到比初始设计船型阻力降低17.3%的优选船型方案。[结论]与同尺度同排水量单体滑行艇对比,结果证明,在中高速工况下,本文所研究的高速槽道双体艇具有更加优良的航行性能。

基于改进蚁群算法的微气泡减阻气流量智能调控技术研究

[目的]为了提高微气泡减阻技术的实际效能,基于改进蚁群算法开展微气泡减阻气流量智能调控技术研究。[方法]首先,基于微气泡减阻机理,利用自主研发船模样机开展微气泡减阻试验,获得不同航速下的理想最佳气流量;随后,采用改进蚁群算法,开发气流量智能调控技术的软件系统;最后,将智能调控硬件系统应用于船模样机,开展自航模试验以验证该技术的有效性。[结果]所研技术不仅可以有效地调控气流量达到最佳微气泡减阻效果,还可以监控航速变化对气流量进行自适应调控,使船舶在各种航速下均能保持最大减阻。[结论]该技术可以提高微气泡减阻技术的自动化与智能程度,增强微气泡减阻技术的实际效能。

新型双体无人测量艇静水阻力性能预报与航态优化

为得到一艘新型双体无人测量艇的阻力性能和经济航态,分别利用模型试验、经验公式和计算流体力学(CFD)方法对该艇进行阻力预报和阻力成分分析.运用CFD方法进一步探究工作航速下船体的不同重心纵向位置对船体阻力、纵倾和船周波形的影响,还为多波束声学设备选取了合适的船体安装位置.结果表明,CFD方法能精确完整地预报双体测量艇从低航速排水到高航速滑行的航态变化和阻力特性,而经验公式法主要适用于测量艇航速较低(F_(r▽)<1.5)时的阻力预报.在4~6 kn测量航速下,该艇的阻力经济航态约为尾倾1.4°,此时在片体间距离船尾约0.3~0.5个船长位置处存在一个相对稳定的高液位区域,适合作为无人测量艇多波束声学设备的安装位置.

豪华邮轮全船线型优化及截流板设计

为了降低航行阻力,满足豪华邮轮营运经济性的需求,对某8万总吨级豪华邮轮进行了基于阻力性能的全船线型优化及截流板设计。首先,结合CAESES的半参数化变形和SHIPFLOW的势流计算方法,针对目标船进行了兴波阻力最小化的线型优化,再对典型优化方案采用STAR-CCM+计算粘流总阻力,评估优化效果;其次,针对优化的船型方案进行了截流板的设计,进一步降低船型总阻力;最后,通过模型试验验证优化效果。试验结果显示,优化线型安装优选截流板后相对于原型实船有效功率下降了7.8%,证明了所采用的豪华邮轮线型优化和截流板设计方法的可行性。

基于STAR-CCM+仿真软件的双体船水动力性能分析

以某双体船为研究对象,基于STAR-CCM+仿真软件,按网格无关性验证和时间步长无关性验证的要求,对双船体船静水阻力进行数值方法验证,证明数值计算结果的准确性。对不同片体间距、不同片体形态和不同斜向航行角度等工况进行数值计算,分析双体船水动力性能。计算结果表明:在双体船直航时,在片体间距比为0.2、弗劳德数为0.4的工况条件下,与同一航速的其他工况条件相比静水具有明显的骤升现象,且总阻力系数达最大值14.56×10^(-3);在片体外旋转2°时,与其他旋转角度相比阻力值最小。研究发现,无论是在直航还是斜向航行的情况下,双体船的总阻力系数均呈现先升后降的趋势,说明该船型在处于高速航行状态时具有一定的优越性。

基于STAR-CCM+的双体船尾插板阻力性能研究

船舶的阻力是影响船舶快速性的重要因素之一,为了减小阻力对船舶航行时的影响,以NPL4a双体船为研究对象,设计一种尾插板,基于计算流体力学(CFD)方法实施重叠网格方案来模拟船舶在静水中的运动,并与模型试验结果进行对比验证。对安装不同长度尾插板的减阻效果进行减阻性能研究,构建数值波浪水池,模拟迎浪规则波中有无尾插板的直航运动。结果表明:在静水中,1 mm尾插板平均减阻4.42%,3mm尾插板平均减阻5.3%,在Fn=0.5时,达到最大减阻率10.35%,5mm尾插板平均减阻3.42%;船舶在波浪高速航行时,带有尾插板的船体阻力小于裸船船体阻力。设计的尾插板达到减阻目的,研究成果可为以后的尾插板设计提供借鉴参考。

基于细长体理论和船舶参数方程对阻力优化

针对无人双体平台的阻力优化展开了研究。根据最佳阻力下的船舶参数方程推导各个航速下的船型参数,采用三维线型设计和细长体理论计算全船阻力,寻求不同航速下的最小阻力解,数值化分析各参数对兴波阻力的影响。通过该方法可较快地确定最优阻力条件下的船型参数,提高无人双体平台的经济性和竞争力。

波浪中KCS船气泡减阻效能计算分析

随着世界范围内对节能减排问题越来越重视,如何高效减少船舶阻力成为我国航运业重点关注的问题之一,为解决船舶在波浪中航行时能耗大,摩擦阻力大的问题,针对波浪中的船舶气泡减阻效能进行分析。以韩国船舶与海洋工程研究所研制的KCS集装箱船船模为研究对象,基于欧拉多相流,对船底通入微气泡,考虑气体和液体之间的相互作用力,保持船舶航速和通气孔的直径不变的情况下,通过研究不同通气量下波高波长变化对气体体积分数和船舶总阻力变化影响。结果表明,浪高越高,船舶运动越剧烈,阻力越大;在一定通气量下,波长船长比变化亦会对船舶阻力产生影响。根据实验结果用曲线和云图的形式,论述了波浪增阻与气泡润滑减阻相互耦合作用的机理并且从能量守恒的角度分析了通气量的变化对减阻效果的影响。

船舶气体润滑减阻应用现状及展望

随着国际航运减排新规和国内“双碳”战略的实施,船舶气体润滑减阻作为一种新型船舶节能降碳技术,备受航运与船舶工业关注。目前,根据气体润滑的减阻机理及其两相界面形态,主要可将其分为连续气层减阻与离散气泡减阻。文中分别介绍连续气层减阻与离散气泡减阻的国内外实船应用现状,重点对气体润滑的实船布置、形式、减阻和节能效果等进行综述,并根据已有实船应用中报道的净节能情况,对气体润滑减阻船舶的节能与降碳效果进行分析。最后,对气体润滑减阻在实船应用中面临的技术挑战及值得深入研究的方向进行简要展望。

空气润滑技术在大型集装箱船上的应用及效果分析

为减小船舶航行阻力,实现船舶节能减排,以某大型集装箱船为例,介绍空气润滑系统的总体布置与设计方案,包括压缩空气系统、通风系统、控制显示系统等。针对在设计过程中出现的压缩空气舷旁管容易被腐蚀的问题,制定相应的解决方案。指出在新造船项目中,从设计角度出发,可以优先推荐湿式阀和铜镍管结合的方案。对空气润滑系统的实船应用结果进行分析,在压载状态采用空气润滑系统可以节能约3%,证明了该系统节能减排的有效性。

柔性表皮与疏水材料耦合减阻特性数值模拟

借助有限元分析软件Workbench搭建双向流固耦合平台,探索具备疏水功能的柔性平板的减阻效果。数值模拟结果表明:疏水材料与柔性平板耦合之后能起到进一步减阻的作用;从减阻效果来说,柔性表皮与疏水材料耦合的减阻技术是可行的,能在疏水材料减阻的基础上进一步减阻4%~9%。柔性覆盖层的存在使得平板近壁面的速度梯度有所减小,平板的减阻性能得到进一步提升。

浅海不对称双体运维船船型设计与阻力研究

基于某三体船开展不对称双体船船型创新性设计,设立不对称双体船不同小片体要素和纵向位置的系列方案,运用数值仿真技术模拟各方案的静水中阻力,并对方案进行波浪增阻,进而确立了阻力性能优良的不对称双体船船型方案,为不对称双体风电运维船船型的进一步研究提供参考。

基于STAR-CCM+的30000 t散货船水阻力计算

考虑到船舶数值模拟过程中的不同的计算策略对于船舶阻力精确度影响不同,对STAR CCM+软件仿真过程中影响较大的几种影响因素进行对比分析,探讨了30 000 t散货船在不同计算区域、网格密度以及湍流模型等条件下船舶阻力的变化情况。结果表明,相比减少网格基础尺寸,适当的增加计算区域,可以在保证计算精度的情况下,减少计算时长,推荐采用SST K-Omega湍流模型进行仿真计算。提出的计算策略仿真误差在5%以内,满足实际的工程设计需要,是一种较为可靠的船舶阻力数值模拟方法,可为今后散货船静水阻力数值计算提供参考。

月池开放和封闭状态下钻井船阻力性能试验研究

[目的]为分析多功能钻井船月池封闭或开放状态下月池结构对船体阻力性能的影响,开展带月池结构的钻井船模型水池试验。[方法]以某多功能钻井船为例,研究在规则波和不规则波下的船舶运动响应。试验中,通过挂钩连接拉力传感器测量船模在静水和波浪中的阻力,利用加速度传感器分析船首、舯和船尾的加速度特性。[结果]结果表明:在轻载工况及月池开放时,船舶阻力较大;在设计载重工况及月池封闭时,船舶静水阻力较大。在规则波下,月池封闭使船尾加速度降低了58.2%,船首阻力降低了46.7%,垂荡运动响应最大幅值减小41.8%;在不规则波下,船首阻力峰值约为船尾的10倍,相比于月池封闭时,在相同时间内月池开放时阻力峰值出现的次数更多。[结论]研究表明,设计载重工况的差异使船体水线面面积改变,影响了船舶静水阻力,而月池封闭不仅降低了船舶运动加速度及阻力,而且有效改善了纵摇及垂荡运动响应幅值,这为带月池结构的钻井船结构型式的设计提供了数据支撑。

织构化钛合金减阻及耐腐蚀性能分析

寻找适合于航行体表面的新型防污减阻手段长期以来都是航行体研究领域的热点。钛合金具有密度小、比强度高、耐高温、耐腐蚀等优良特性,被广泛用于航行体外壳、桨叶等结构。在钛合金实现表面微织构减阻具有广泛的应用前景和重要的研究意义。本研究在TC4钛合金表面制造出具有连续结构的表面微织构,通过光镜观察、激光光聚焦观察等方式对其表面形貌进行表征,并采用悬挂位移式阻力测试法和电化学腐蚀磨损试验分析表面织构在一定流速下的减阻效果及耐腐蚀性能。试验结果表明,与光滑表面相比,具有一定连续性结构的非光滑表面能够减小流体的表面摩擦阻力;合理的表面微织构能显著减小钛合金材料表面摩擦系数,降低摩擦阻力,同时降低摩擦腐蚀电位,提高航行体结构在海洋环境下的耐腐蚀能力与工作寿命。

碎冰航道中航行船舶阻力数值预报

北极运输船舶常航行于由破冰船开辟的碎冰航道中;尽管这避免了船舶与层冰碰撞引起的巨大冰阻力,但船舶与航道中碎冰的相互作用受到两侧层冰的影响,进而会对船舶的航行性能产生影响。目前,碎冰航道两侧层冰对船舶航行性能的影响尚未得到充分研究,是否考虑这一影响是北极船舶设计的一个重要问题,采用CFD-DEM(computational fluid dynamics-discrete element method)耦合方法模拟船舶在碎冰航道中的航行过程并分析船-碎冰相互作用特点,进而对船舶阻力进行数值预报。首先,开展了网格和时间步长的收敛性分析以评估数值误差和不确定度,验证了数值模型的可靠性;在此基础上的预报结果表明,由于两侧层冰对船舶兴波产生影响,船舶水阻力随航道宽度的减小而小幅增大且主要为压阻力的增加;船舶冰阻力随航道宽度的减小而迅速增大,船体两侧的碎冰堆积现象是导致冰阻力增大的主要原因。

基于CFD技术的船舶首侧推槽道构型设计

船体首侧推槽道会对船体快速性能产生不利影响。为减小其导致的船体增阻,以某集装箱船为研究对象,采用实船阻力预报方法研究不同槽道构型下船体阻力性能及流场特性,并对槽道开口参数进行设计优化。结果表明,圆角槽道口能够减阻而倒角槽道口会增加船体阻力,在设计工况下,圆角半径为0.2D_(0)(D_(0)为槽道直径)时的减阻效果最佳,总阻力较原始船型减小了1.36%。研究结果可为首侧推槽道构型的设计提供参考。

高速双体客船的实尺度数值分析及验证

为了研究高速双体船实船数值模拟的可行性,以某高速双体客船为例,利用商业软件STAR-CCM+生成重叠网格和六自由度模型(DFBI),进行相关设置后开展实尺度的数值模拟计算。对比模型试验预报和实船试航试验修正后的结果表明,实尺度数值模拟的预报结果精度较高,可用于工程计算。

重心纵向位置对滑行艇阻力影响的数值分析

文中基于三种重心纵向位置的船模试验,预报了某滑行艇阻力随重心纵向位置的变化规律,并基于重新建模法的数值计算结果分析了产生这种规律的原因.结果表明:过渡阶段,重心向后移动会增加船体阻力,而滑行阶段,则呈现相反的规律.在CFD软件STAR CCM+的帮助下,采用重新建模法对滑行艇的静水绕流场进行数值模拟,通过分析阻力成分、湿表面积、自由面波形,以及船底压力分布等物理参数的数值结果,验证了滑行艇阻力性能随重心纵向位置变化的原因.