基于阻力和伴流不均匀度的21万吨散货船线型优化

[目的]基于船体绕流场计算分析,以阻力和伴流不均匀度为优化目标,对21万吨散货船线型进行优化设计。[方法]首先,借助计算流体动力学(CFD)工具对初始线型进行数值评估并计算船体绕流场,得到波形、压力分布、速度分布等流场特征。其次,根据CFD计算结果,构建优化策略,形成改型方案,并对改型方案进行CFD计算,评估阻力和伴流不均匀度优化效果。最后,开展优化后船型快速性模型试验,验证优化效果。[结果]CFD计算结果表明,改型相较于原型,有效功率降低了2.46%,伴流不均匀度降低了8.48%。模型试验结果表明,改型相较于原型,螺旋桨收到功率降低了3.49%。[结论]研究显示,所提出的优化方法可以获得阻力性能优良、伴流场均匀性好的船体线型,具有较强的工程适用性。

基于阻力和伴流不均匀度的多用途船型线优化

为探究多用途船首尾型线变化对船舶水动力性能的影响,采用RBF(Radial Basis Functions)曲面变形方法分别对多用途船首尾型线进行变换,使用优化拉丁超立方法设计计算样本,引入Kriging近似模型解决传统CFD计算耗时的问题。在此基础上,以船舶的阻力性能以及桨盘面伴流不均匀度作为优化目标,利用带精英策略的非支配排序遗传算法(NSGA-Ⅱ)完成整个型线优化流程。计算结果表明,对于该多用途船,船首形状朝V型发展有利于减小兴波阻力,船尾的V型横剖面在接近推进器处逐渐向U型转变,可以在获得更均匀伴流场的同时对阻力性能影响较小。

KCS艏艉型线优化及其对推进效率的影响

对KCS的船首和船尾型线优化开展研究。船体采用径向基函数描述,艏部型线以减小总阻力为目标,艉部型线则侧重于降低尾流不均匀度,以期提高推进效率。在优化过程中,利用基于拉丁超立方采样点构建Kriging近似模型替代直接计算流体力学(CFD)模拟。分别采用多岛遗传算法和非支配排序遗传算法-Ⅱ开展单目标和多目标优化,避免优化的早熟。结果表明,在服务航速下,优化船型的总阻力降低了1.36%,优化船型的伴流目标函数降低了10.2%。在此基础上,进一步针对优化过程中产生的3个优化船型以及原始船型,选用KP505桨进行自航模拟,结果显示虽然阻力有些许增大,但伴流不均匀度明显降低的优化船型的推进效率更优,相对于原始船型,其推进效率最高提升了1.08%。

基于CFD近似模型的船尾线型多目标综合优化

为提高船体的优化效率,以国际标准船型KCS为研究对象,以船舶总阻力和桨盘面伴流不均匀度为优化目标,建立近似模型,完成KCS船尾线型的优化,得到优化船型.通过优化结果可知:对于母型船,在满足工程约束条件下,通过船尾优化可以得到总阻力未增加、船尾流场品质有明显改善的船体线型.