CFD技术在实船航速预报和试航修正中的研究综述

实船航速预报和检验作为船舶性能研究的重要内容一直被ITTC和IMO所关注.CFD技术的快速发展,为航速的准确预报和试航结果的合理修正提供了新的辅助手段,正在发挥越来越重要的作用.论文介绍了CFD技术在形状因子、不同吃水间的相关因子获取等实船航速预报方面的应用,分析了CFD在实船测试中的风阻修正、波浪修正、浅水修正等航速方面进行的研究和取得的进展.结合ITTC和IMO关注的重点,对CFD技术面临的挑战以及值得深入研究的方向提出了建议.

珠江闽江船舶航速预报算法开发及实船验证

根据内河船模试验数据对船舶有效功率估算方法艾尔法进行修正,应用图谱回归公式计算螺旋桨推进功率,考虑船机桨匹配进行珠江、闽江船舶航速预报,通过实船试验对航速预报结果进行验证,结果表明,预报结果符合工程精度,具有良好的实用性,可用于珠江、闽江现有船舶标准化认定工作。

基于互联网的船型设计与航速预报应用服务系统

在702研究所微机版软件系统SHIDS3.0的基础上,开发了基于互联网的、界面友好的在线式船型设计与航速预报应用服务系统SHIDSweb。重点介绍了该软件的开发过程、技术优势及其应用情况、收费与网络用户管理机制、用户开发及未来发展计划。用户可根据船舶主尺度和主机参数,通过互联网应用该系统快速进行船型设计、静水力计算、阻力及自航因子估算、螺旋桨设计及航速预报,并对该船型进行耐波性和操纵性初步估算。该系统同时提供了船型几何及其快速性能试验结果的数据库查询。

基于CFD的ROV航速预报

基于计算流体动力学(Computational Fluid Dynamics,CFD)理论,根据剪切应力传输(Shear Stress Transfer,SST)模型k-ω湍流模型数值求解和雷诺平均方程(Reynolds-Averaged Navier-Stokes equation,RANS)原理,通过切割体网格划分法计算三自由度运动模式下遥控无人潜水器(Remotely Operated Vehicle,ROV)的二阶阻尼系数、线性阻尼系数、ROV附加质量,建立ROV三自由度动力学模型。采用STAR-CCM+计算单个导管螺旋桨的各水动力数值,考虑ROV对导管螺旋桨的影响,计算其水动力性能。在此基础上,进行ROV动力与阻力的匹配,提出一种基于回归曲线法的航速预报方法以实现ROV航速预报。结果表明:单独螺旋桨产生的推力之和可作为ROV的总推力;在固定螺旋桨转速的情况下,在预估航速附近设置多个航速点,通过迭代法和回归曲线的方法确定此转速下推力与阻力相等的航速点,可实现螺旋桨不同转速下ROV航速的预报。

波浪推进艇的集成电机推进器设计及航速预报

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。

基于VB的高速艇航速预报程序开发

为了对高速艇航速进行准确预测,利用Visual Basic 6.0开发了一款用于高速艇航速预报的程序。介绍了高速艇航速预报的理论依据,以及程序的结构。计算实例表明,该程序可以达到快捷预报航速的目的,且可对现有船舶性能计算和预报软件进行补充。

艾亚法修正对西江干线船舶航速预报

根据西江船模试验的阻力结果,对原版艾亚法通过多元非线性回归分析的方法进行修正,在对艾亚法进行修正的过程中采用MATLAB优化工具箱中的ga求解器对结果进行优化,最后将修正后的艾亚法用于西江干线船舶航速的预报,以"穗港2002"实船测试为例,对其航速预报方法的实用性进行验证。预报得到的航速精度较高,其误差均在5%以内,能满足实际工程应用的要求。

航速预报及螺旋桨设计软件系统

介绍了航速预报及螺旋桨设计软件系统（Ｆｏｒ Ｗｉｎｄｏｗｓ）的功能，软件设计的主要算法，软件的界面，帮助文件及容错处理。最后给出一个实船的阻力估算结果，经分析比较，结果满足工程精度要求。

基于FLUENT的大型集装箱船航速预报方法研究

根据阻力的三因次分析方法计算船舶航行的阻力成份。采用不同的网格划分和离散算法以及相应的控制方程,使用基于CFD的FLUENT软件平台进行数值求解,处理黏性阻力与兴波阻力的计算结果,实现对实船航速的预报。以大型集装箱船作为算例,将数值计算结果分别同模型试验和实船试验结果进行了比较,结果表明采用该数值计算方法得到的实船航速预报结果可达到工程设计应用的精度。

基于实尺度船舶自航数值模拟的航速预报

准确预报船舶自航性能对船舶设计和优化有重要意义。论文应用计算流体力学(CFD)方法,并用体积力替代真实螺旋桨,对一艘散货船进行了实尺度自航数值模拟。基于螺旋桨收到功率引入PID控制,自动调整螺旋桨转速,以达到自航点。此外,采用3种不同的网格测试网格的不确定度。数值模拟结果与试验数据吻合良好,验证了该方法的有效性。

由船模试验预报实船航速时需注意的一个问题

由船模试验预报实船航速时,如直接将自航试验用小桨模的敞水特性曲线作为实桨的特性曲线,有时会出现问题,必须极其谨慎,因为桨模的加工精度与光洁度会对试验结果有意想不到的影响。为保证实船航速预报的正确性,建议:1.如设计桨为图谱标准桨型,厚度及厚度分布与标准桨相差不多,螺旋桨特性曲线还是取用图谱桨资料较可靠。2.采用非标准桨型,应从比自航试验用桨模更大的桨模的敞水试验中获取螺旋桨特性曲线。

实船航速试验方法及数据分析计算机自动化

根据国家船舶行业相关标准以及BSRA、ITTC、ISO等实船航速试验方法,结合某船厂实船航速试验经验,整理成一套适合目前船厂实际操作的实船航速试验及分析方法,并建立了相应的计算机辅助程序。这一方法可供船厂实船航速试验及试验数据的分析处理使用和参考,计算程序可以极大地提高数据分析处理的工作效率。

船舶综合性能预报系统

从船舶航速预报、耐波性能和操纵性能预报的市场需求出发,分析了国内外船舶综合性能预报的现状,详细介绍了由上海船舶运输科学研究所承担,中国船舶工业集团第708所、中国船舶重工集团第702所参加开发的船舶综合性能预报系统(SPPS1.0)。该预报系统首次将计算机网络技术、母型船航速预报技术和优良船型水动力试验动态数据库有机结合起来,并应用耐波性理论、操纵性理论,建立起依托互联网,面向船舶行业,实时远程预报船舶性能的共性技术平台;开发的系统软件有效解决了数据库中核心技术资源的保密性和全行业共享应用的矛盾,具有良好实用性和预报指标的先进性。

快速估算航速的方法及软件实现

研究一种快速估算航速的方法,并基于该方法开发估算软件NEPTUNE,用于船舶方案设计阶段快速预报航速,提高设计效率。阻力估算采用基于母型船的二因次法,螺旋桨设计采用基于MAU图谱的最佳直径和限制直径螺旋桨设计。通过算例对该方法及软件进行验证,航速误差小于0.2 kn,能够满足方案设计阶段航速估算的要求,具有一定的实用价值。同时,统计了71型船的模型试验数据,回归了相关补贴计算公式,并量化了螺旋桨的转速余量。

基于CFD方法的双体风电交通运维船改造的航速估算

关于船舶改造,在设计阶段快速而又准确地估算航速相当重要。文章介绍针对某双体风电交通运维船的改造,采用数值仿真技术预报其航速。首先使用计算流体力学(CFD)商业软件FLUENT,对船舶在静水中的黏性阻力展开数值计算。然后通过黏性阻力占总阻力的比例,估算船舶的总阻力,绘制推进阻力曲线。从推进阻力曲线与螺旋桨的有效功率的交点即可估算出该船的航速。为了得到高精度黏性阻力计算结果,在船体表面附近网格加密,采用SST k-ω湍流模式,速度与压强耦合采用SIMPLC方法,其它离散采用二阶迎风格式。数值方法预报船舶黏性阻力技术相当成熟,发表的数值预报结果供读者参考。

帆板流体力学研究的综述

本文在参考大量文献资料的基础上分别从四个方面对帆板的研究现状展开论述:帆翼空气动力性能研究、板体水动力性能研究、航速预报(VPP)的研究以及最佳航线的研究,为今后帆板的深入研究奠定了重要基础。

数字化船舶EEDI验证方法

为提高我国内河船舶能效设计指数(EEDI)预报精度和速度,促进内河船舶能效评估的推进及能效水平的提升,研发了内河船舶EEDI数字化验证评估系统。收集典型内河船舶船模水池试验数据样本并将其分为两部分,利用其中一部分对艾尔法阻力评估计算方法进行分析和改进,在此基础上提出了适用于方形系数大的宽扁型内河双机双桨船舶阻力曲线估算和有效功率计算的改进艾尔法,利用另一部分样本对改进的艾尔法进行验证,结果表明修正版艾尔法比原方法的预报误差从9.4%降至3.4%。基于所提方法对收集的32艘实船航速数据进行测试验证,结果表明该方法预报精度高,平均误差仅2.678%,远低于船东可接受的5%的误差。最后开发了船舶EEDI数字化验证软件,以满足内河船舶EEDI经济、快速验证的需要,促进内河船舶绿色高效发展。

波浪滑翔器技术的回顾与展望

波浪滑翔器是近十年来涌现出来的一种新型海洋无人航行器,凭借其超大续航力和极强生存能力,已在海洋科学、海洋工程甚至军事领域得到了广泛应用,波浪滑翔器技术日益成为了国内外研究热点。针对波浪滑翔器的波浪推进机理、系统结构属性以及控制特性进行了总结和定义,并围绕波浪滑翔器技术的推进机理、动力学建模与分析和运动控制等三个方面,分别阐述了国内外主要研究成果。总结了目前波浪滑翔器技术存在的主要问题,并对未来的研究方向进行了展望。

基于多因子模型的船舶主机选型论证研究

多因子模型的应用是基于当前新冠疫情对国际经济的影响,通过分析推进功率与船舶航速、燃油消耗率与主机调定模式、废气能量与经济器选型、排放限制与排放控制区等诸多制约因素,依托某VLOC工程,分析并绘制主机工况曲线、螺旋桨曲线、等航速曲线、油耗特性曲线和废气能量曲线,给出主机选型方法及技巧,完善主机选型思路及标准化主机选型设计流程,使得主机选型性优价廉。

84000 m^3 VLGC线型优化与CFD分析

84 000 m^3 VLGC的初始线型航速功率指标,距市场上的竞争对手略有逊色,故开展了本项线型优化工作。通过适当调整布置,释放了一定的线型改进空间,通过对CFD模拟得到的流场和波形进行观察分析,获得改型启示。最终优化线型,经库存桨船模试验验证,同样设计航速下收到功率减少5%,或者,同样功率下,设计吃水时航速提高了0.3 kn,压载吃水时航速提高0.5 kn。快速性指标在同型船市场上有较强竞争优势,达到市场上同型船的领先水平。