基于SNNM法的船舶波浪增阻计算及试验验证

为了验证国际拖曳水池会议(ITTC)引入的全浪向波浪增阻预报新方法(SHOPERA-NTUANTU-MARIC,SNNM)在船舶波浪增阻计算中应用的可行性和有效性,以一艘大型客船为目标船,选择迎浪航行和经济航速工况,简要介绍SNNM方法,并在此基础上开展基于SNNM法的目标船波浪增阻计算。同时,针对目标船开展波浪增阻水池模型试验,并将所得结果与采用SNNM方法计算所得结果进行对比,验证SNNM法的计算精度和可靠性满足需求。结果显示:采用2种方法得到的波浪增阻因子传递函数的变化趋势一致,实船波浪增阻统计预报值最大相差不超过7%,说明采用SNNM法进行船舶波浪增阻预报是可行的。

不同船首对大型集装箱船波浪增阻影响的数值计算

为探究迎浪和斜浪中船首形状对于波浪增阻的影响,本文在只改变船首的情况下,首先利用三维时域Rankine源方法对分别装有5种典型船首的某超大型集装箱船的波浪增阻和周围流场变化进行研究,其次开展直艏下沉深度(直艏底部距离基线的高度)对波浪增阻影响的研究。结果表明,斧型艏和直艏由于其半进流角较小等特征,其减阻性能最优。直艏和斧型艏相较于飞剪艏和前倾艏,其波浪增阻系数可以减小20%左右。直艏下沉深度在长波区和短波区呈现相反的减阻性能,在长波区,直艏下沉深度越大,波浪增阻系数越小,其下沉深度增大6 m可减小波浪增阻10%;在短波区则相反。

基于高阶半解析移动脉动源法的船舶波浪增阻数值计算研究

在三维势流理论框架下,以移动脉动源格林函数为核函数构建边界积分方程,采用九节点高阶曲面单元进行离散求解速度势,建立了波浪中航行船舶运动响应和波浪增阻的计算模型.为了避免数值计算的不稳定,积分方程中的影响系数采用了半解析公式进行计算.求解波浪增阻时,采用将辐射能量法、Salvensen法和短波半经验公式相结合的混合法,以便能够在全频率范围内得到令人满意的结果.在此基础上,自主开发数值程序对不同船型在不同频率、航速下的运动响应和波浪增阻进行预报.通过将预报值与试验及其它数值方法的结果进行对比发现,文中方法的数值结果与试验值吻合良好,对于不同船型和工况均有着良好的适用性;相比传统基于数值求积公式的移动脉动源法,高阶半解析移动脉动源法计算更为稳定(尤其对于存在外飘的船型),且由于采用了高阶格式,在共振频率附近的预报精度比常值元法更高.

波浪增阻数值计算在高速船舶船型设计中应用

高速船舶通过船型设计可以有效降低波浪增阻,从而实现海上快速救援的目的。本文研究波浪增阻的数值计算方法,包括势流二维切片法以及RANS/LES混合法,阐述2种计算方法的原理,对波浪增阻频率响应函数进行对比计算。以减小波浪增阻、提升稳定性为船型设计优化目标,使用势流二维切片法以及RANS/LES混合法对优化前后的波浪增阻进行计算,结果表明2种方法均可实现对波浪增阻的数值计算,RANS/LES混合法具有较高的计算精度,更适合于评估复杂的水动力性能。

直型艏与常规球艏静水阻力与波浪增阻比较研究

船舶在静水中和波浪中都具有优良的阻力性能是航运界和造船界共同追求的目标。本文阐述了直型艏与常规球鼻艏船型在静水中的阻力性能与波浪中的阻力性能的比较研究。针对几艘典型的散货船、油船等肥大船型，分别采用球鼻艏和直型艏两种艏型进行船舶线型优化研究，应用CFD方法进行流场计算分析，计算结果表明，对于低速肥大船型而言，直型艏船型能够有更好的压力分布和更低的兴波特征。通过静水模型阻力试验，和波浪中的船模增阻试验比较研究，结果表明，与常规球艏船型相比，直型艏船型静水阻力约可降低3~9%，波浪中阻力增加可减小6%~44%。船舶的方形系数越大，直型艏的减阻效果越显著。由此可见，直型艏船型在静水和波浪中均具有较为优良的阻力性能，在实际航行中具有能耗更低的优点。

顶浪中船舶运动的数值模拟与波浪增阻计算

基于CFD方法建立了数值波浪水池,模拟了规则波浪的生成传播,并对顶浪中航行船舶的运动进行了模拟计算研究。讨论了数值模拟中的波浪环境表达,验证了数值波浪水池中波浪的生成、传播与消波等,模拟计算了多个航速顶浪中航行Wigley-III船模的运动与波浪增阻。将计算结果与DUT(Delft University of Technology)的试验数据相比较,吻合良好。对比和研究表明,基于数值水池的数值模拟方法比试验更易实现和控制,能细致描述船舶周围的流场,在波浪中舰船水动力性能的分析与运动预报等方面具有广阔的应用前景。

船舶全浪向波浪增阻数值计算与模型试验验证

论文将基于切片理论的迎浪波浪增阻计算方法拓展至全浪向波浪增阻预报,开展了两条船在不同航速、不同浪向下的波浪增阻计算,并与模型试验结果进行了比较。论文方法具有一定的工程实用性,可用于船舶设计阶段有航速情况的全浪向波浪增阻的快速评估。

基于弱非线性假定的船舶波浪增阻数值计算

基于船舶在波浪中运动的势流理论的弱非线性假定,对于船舶在迎浪下的波浪增阻进行了数值计算.数值计算将Maruo波浪增阻理论与非线性船舶运动理论相结合.非线性的船舶运动响应采用时域切片法计算,考虑了Froude-Krylov力与静水压力的非线性影响,辐射力与绕射力则保持线性.在船舶运动结果的基础上应用Maruo公式计算波浪增阻.S175集装箱船的计算结果验证了所采用方法的准确性,同时表明所采用方法能够有效考虑波陡对于波浪增阻的影响.在此基础上进一步探究了航速对波浪增阻的非线性特性的影响.

波浪增阻计算方法对船舶航速的影响分析(英文)

失速系数(fw)是EEDI公式的计算参数之一。文章研究了典型海况下不同的波浪增阻计算方法对船舶航速以及fw的影响。文中主要基于三种波浪增阻理论计算模型,以肥大型船为研究对象,计算分析典型海况蒲氏六级下的波浪增阻系数的分布规律以及相同收到功率下的航速和fw。结果表明:三个理论模型计算得到的fw均低于模型试验结果;Model-3高估了不规则波中的波浪增阻值;Model-1和Model-2计算得到的fw与模型试验结果较接近。

数值波浪水池与排水型高速船波浪增阻计算方法研究

基于CFD技术对三维数值波浪水池以及排水型高速船波浪增阻进行计算研究。采用在水池入口处模拟波浪速度的方法造波。水池尾部采用人工阻尼结合稀疏网格消波,自由面采用VOF方法处理,采用动网格技术结合运动控制程序模拟船舶的纵摇与升沉运动。对规则波中迎浪前进的Wigley III船模和Model 5b船模纵摇与升沉运动以及波浪增阻进行计算并与试验值进行比较、分析,为排水型高速船波浪增阻的计算提供参考。

不同波长下KCS船运动响应与波浪增阻数值研究

准确预报船舶在波浪中的运动和力可以为船舶性能评估提供参考。采用naoe-FOAM-SJTU求解器,数值模拟固定和放开垂荡、纵摇自由度的KCS船在不同波长的迎浪规则波中的运动。首先运用数值造波方法生成不同波浪周期的Stokes一阶深水规则波,与Stokes波的理论值对比确保造波的准确性;然后计算固定或放开垂荡和纵摇自由度的KCS船在0.65≤λ/L(波长/船长)≤1.95的遭遇波中的运动和阻力,研究KCS船的波浪增阻中绕射和辐射成分,且采用傅里叶分析法研究了运动与阻力的线性和非线性成分分布。结果表明,波浪绕射增阻受波长的影响不大,当波长接近船长时,船舶的垂荡和纵摇幅值以及波浪增阻均达到峰值,这主要由船体剧烈运动引起的辐射增阻导致,应避免船舶在此工况下航行。

不同波浪增阻计算方法对实船航速修正影响的分析

新版实船测速试验标准ISO15016:2015提供了4种波浪增阻修正方法:简化计算方法(STAWAVE-1方法)、经验计算方法(STAWAVE-2方法)、理论计算方法和船模耐波性试验方法。对典型散货船、油船和集装箱船用该标准中的几种方法计算波浪增阻,并进行比较分析。在此基础上,评估不同波浪增阻计算方法对实船航速修正的影响。

船舶横摇运动姿态与波浪增阻的关系研究

随着日益强烈的节能减排需求,在船舶运动控制系统设计时,引入了波浪增阻对船舶航行性能和控制质量影响的研究.文中根据势流理论对船舶横摇运动波浪增阻进行分析,给出了模型解析表达式.利用水动力计算软件ANSYS-AQWA对船舶横摇运动产生的波浪增阻进行计算.通过回归分析确定了模型中的未知参数,验证了模型的可行性.基于该数学模型,分析了船舶横摇运动姿态与波浪增阻的具体时域关系,为航速损失最小的船舶减摇控制策略研究提供理论依据.

M型风电运维船船型设计与波浪增阻及耐波性能

基于三体风电运维船船型,结合M型船的特征要素设计改造出M型风电运维船。利用数值仿真技术模拟出M型风电运维船波浪航行时的波浪增阻与纵摇、垂荡情况,将数值仿真计算结果与原三体船的试验数据进行比较,以此探索不同M型船船型对船舶波浪航行时的波浪增阻与纵摇、垂荡情况的影响。最终确定了耐波性能较优的船型方案,从而为M型风电运维船的船型设计提供了一定的参考与借鉴。

50 m围网渔船波浪增阻数值模拟

以一艘50 m围网渔船船模为研究对象,采用STAR-CCM软件计算研究其约束运动模型在静水和迎浪情况下的阻力及相关性能。通过船模试验验证了STAR-CCM对渔船静水运动数值模拟的有效性。对渔船船模约束模型在不同波高、不同波长的波浪中的阻力进行计算和比较,研究了纵倾和升沉情况下渔船在波浪中的阻力计算结果的差异,结果表明渔船在波浪中的总阻力计算结果随波高和波长的变化存在一定差异,实际航行中波浪增阻会造成约0.5 kn的航速损失。

基于STAR-CCM+的鱿鱼钓船波浪增阻数值计算与球鼻艏选型分析

为研究渔船在实际海浪中航行的阻力大小,优化船舶的阻力性能,本研究采用STAR-CCM+软件,以49 m远洋鱿鱼钓船船模为研究对象,分析了其约束运动模型在静水和迎浪情况下的阻力性能。通过对约束模型在不同波高和波长的波浪中的阻力进行计算,得出远洋鱿鱼钓船在不同海况下实船的波浪增阻情况,同时,对远洋鱿鱼钓船球鼻艏进行选型分析,比较鱿鱼钓船无球鼻艏和加装撞角型球鼻艏、上翘型球鼻艏后在波浪中的阻力大小。结果显示:船舶在两种典型海况下设计航速时的平均波浪增阻占静水阻力的25%和18%,与其他船型相比,撞角型球鼻艏船型波浪增阻为21.0%和14.7%,降阻效果最显著。本研究为远洋鱿鱼钓船设计初期航速和球鼻艏的设定提供了参考。

多载况多浮态下船舶波浪增阻数值计算分析

以某万箱集装箱船为研究对象,利用基于二维切片理论的船舶运动和波浪增阻数值计算软件(Ship Motion and Add Resistance,SMAR),进行结构吃水、船舶能效设计指数(Energy Efficiency Design Index,EEDI)吃水和压载吃水等3种典型吃水下的波浪增阻数值预报,并进行3种吃水下的耐波性模型试验。对数值结果进行验证,结果表明该软件计算结果与模型试验结果吻合度较高,计算精度满足工程实用要求。应用该软件计算多载况不同浮态下的船舶波浪增阻,探究不同载况下船舶纵倾对波浪增阻的影响,为船舶在实际营运中的航行性能分析和浮态节能提供支持。

海上长球首球尾双体风电维护船波浪增阻研究

为研究不同球首球尾长度双体风电维护船在波浪中的阻力性能,基于CFD技术,探究适用于双体船运动响应和波浪增阻的数值计算方法。通过与试验结果的对比分析,在计算域设定和网格尺寸方面提出适用于双体船的计算方案。利用此方法计算不同球首球尾长度双体风电维护船的升沉与纵摇以及波浪增阻,为球首球尾双体船以及风电维护船的船型设计与优化提供参考。

支柱形式对小水线面双体船波浪增阻和运动响应的影响

以小水线面双体船(smallwater planeareatwinhull,SWATH)为研究对象,基于计算流体力学理论,运用STARCCM^+,研究了SWATH的不同支柱形式对其波浪增阻及耐波性能的影响.首先对Delft-372双体船进行数值仿真计算并将运动和阻力增值与试验数据对比,验证了文中计算方法的可行性.之后分别针对不同的支柱间距、支柱斜度及单双支柱形式开展了数值计算,经对比分析发现,SWATH支柱的斜度和间距对其增阻及运动响应有显著影响,为今后SWATH船型设计和优化提供了新的方向.

不同波浪增阻预报方法对比

在对实船试航过程中实测的航速和功率进行修正时,波浪修正是重点之一。基于此,对ISO 15016:2015中的波浪修正方法、我国在国际海事组织(International Maritime Organization,IMO)会议上提出的波浪增阻预报方法及二者相结合形成的组合方法进行对比分析。以某5万吨级散货船为研究对象,采用上述方法计算波浪增阻,并将各结果与试验结果相对比。结果表明:波浪周期对波浪修正结果的影响较大;采用组合方法所得预报结果总体上与试验所得预报结果较为接近。