考虑尾流效应的分频海上风电系统有功功率控制策略

为保证分频海上风电系统在每个分配周期内功率指令的准确、可靠响应,该文分析了尾流效应对风电机组有功调节能力和功率指令响应持续性的影响,提出了一种基于有功功率闭环的优化分配策略。在优化过程中引入尾流模型和闭环反馈控制。SimWindFarm仿真结果显示,该文闭环控制方法和传统比例分配方法的结果比较:通过在优化模型中引入尾流模型,能够更准确地计算各台机组的有功调节能力,保证功率指令分配的合理性;设计了基于有功功率闭环的反馈控制器,能够及时地对机组出现的功率跌落做出调整,提高了分频海上风电系统功率指令响应的可靠性;能够更好地适应湍流风速变化场景,保证分频海上风电系统出力满足电网调度需求。

三种艉部附体方案的粘性阻力数值计算

水面船舶艉部附体不但影响船舶的阻力,而且对螺旋桨的伴流分数以及推力减额也会产生较大影响。近年来,越来越多的研究者都重视使用数值方法进行船舶附体优化设计。在分析某排水型水面船舶艉部附体特点以及优化目标后,设计出两套艉部附体优化方案。通过数值计算方法对这3种方案的船体带附体模型在不同雷诺数条件下进行三维粘性流场的数值模拟。分析比较了它们的粘性阻力和螺旋桨桨盘面处的伴流,最后得到双尾鳍附件的最优方案。

肥大型船整流附体的性能研究

肥大型船从船舯到船艉,船体的横剖面形状及其面积变化剧烈,从而导致在桨盘面处产生"钩"状或"兔耳"状的舭涡,通过加装整流附体的方式来改善桨盘面处的伴流分布,对于螺旋桨的减震降噪、螺旋桨推进效率的提高是一种有效的措施。基于CFD技术,在准确预报了某肥大型船伴流场的基础上,参考流经桨盘面的三维流线绕船体分布的特点,分别设计了螺旋桨前置导管、补偿导管和整流鳍,预报并分析了各附体对船体尾流场的影响,分析了整流附体的工作机理,比较了工作于各附体伴流场中螺旋桨的效率。计算结果显示,加装整流附体后,桨盘面处的舭涡消失了,并且三种附体对螺旋桨的效率都有显著的提升。

喷水推进器最佳工况

为解决喷水推进器传统设计方法中目标求解设计参数在实际工作中与理论最佳工况点存在偏差,导致相应喷水推进器效率普遍偏低的问题,文中选取SDPM-450喷水推进器为研究对象,以最高喷水推进效率为目标,围绕喷水推进器最佳工况点展开效率分析,进而优化参数选取办法.首先,基于极值理论推导了喷水推进器最佳工况点的充要条件,即航速比数值上等于2倍的伴流系数;其次,运用数值仿真中的UDS反向追踪法验证了理论推导的正确性,偏差分析后确立了最终判别式为K=2εα;最后,基于判别式优化设计参数选取办法,提出了以喷嘴直径和伴流系数为基础变量的参数求解方程组,为喷水推进器的高效设计奠定基础.

自航船模和实船推进因子的数值预报方法研究

根据船体兴波作用对推进因子影响甚小的基本分析结论,提出了不考虑船体兴波的自航船模推进因子计算方法,并对KCS缩尺船模推进性能进行了预报,预报结果与试验吻合较好。在推进因子计算方法得到验证的基础上,进一步开展了实船推进因子的数值预报研究。

短波中标称伴流场特性分析

以KCS标准船型为研究对象,采用RANS(Reynolds Averaged Navier-Stokes)方法对KCS约束模型在规则短波航行下标称伴流场进行了数值计算,并针对标称伴流场在短波中时历周期性变化的规律和特性进行了分析.计算结果表明:短波顶浪下的轴向标称伴流分数满足与入射波相似的周期性变化规律,单个波浪遭遇周期下的波浪伴流分数变化占比相对较小,但影响不可忽略;波浪伴流分数为负值时其主要原因为流体质点发生沿波浪传递方向的波漂移,其值近似为总平均流量;当波峰波谷位于螺旋桨盘面处时,轴向标称伴流场变化最为明显,且变化程度受波陡影响最大,而波长的减小对桨盘面下方区域的影响更为明显.

某集装箱船推进性能的数值预报

分析了船体兴波作用对推进性能的影响,提出将兴波计算从自航船模流场计算中分离的简化计算模型,并研究了船模预报实船自航点和推进因子的数值方法,同时对KCS缩尺船模推进性能进行了预报,预报结果与试验吻合较好.通过对6条不同缩尺比的KCS自航船模的计算,分析了尺度效应对推进性能预报的影响.

多桨推进的干扰因子研究

多桨设计的一个关键问题是要预先知道多桨之间的相互干扰影响。文章提出了一种计算桨间干扰因子的方法,通过对一艘四桨推进的船模进行试验设计和分析,得到了不同螺旋桨分布的外桨和内桨的干扰因子,并对其进行了统计分析,同时也得到了不同航速下不同的螺旋桨旋转方向的干扰因子的分布趋势图。

肥大型船舶实效伴流分析及预报

为进一步掌握肥大型散货船、油船实效伴流的变化规律并改善传统估算公式的实用性,基于对成因的内在分析,探讨部分影响实船实效伴流的主要参数,并总结出相应的规律。以近30艘实船的数据资料为依据,通过改良得到一种具备创新性、实用性、能反映实船实效伴流客观规律的预报方法。

超级导流管的模型试验研究

设计并制作了超级导流管试验模型,进行了船舶光体阻力和自航试验以及加装超级导流管的船模自航试验。在不同航速时,研究了超级导流管几何形状和纵向安装位置对其节能效果的影响。试验结果表明:在船尾加装超级导流管可以起到节能的效果,并且以12o开角的超级导流管处于中间位置(位于螺旋桨盘面前,与螺旋桨直径的比值分别为0.2232)时节能效果最佳。

肥大型船舶伴流分数的估算方法研究

基于肥大型船的快速性试验数据,通过对传统估算公式结果的分析及船舶伴流成因的研究,选定部分船型参数及无因次量作为影响因子,建立线性数学模型,采用逐步回归法得到一种新的、更加精确的肥大型船伴流分数估算方法,通过实例验证其精确性和正确性。

阻流板对双桨船阻力和伴流场影响数值研究

基于RANS(Reynolds-averaged Navier-Stokes)方法针对安装了3种不同深度阻流板的DTMB5415船模进行数值计算,以研究阻流板对船舶阻力以及伴流场的影响.分析了安装阻流板前后的船舶水动力性能,并探讨了船艉波形、船身压力以及轴向标称伴流场的变化.研究结果表明:阻流板的安装能够降低DTMB5415的阻力,平均减阻率可达4.19%;船体虚长度的增加以及方尾船尾流场的改善是船模总阻力降低的主要原因;阻流板的安装增大了船舶尾部的边界层厚度以及轴向标称伴流,当弗劳德数Fr=0.35时,d/LPP=0.001 5(d为阻流根深度,LPP为船长)的桨盘面平均伴流分数增大了11.9%.

水面船舶操纵性敏感性分析

以两种水面船舶为研究对象,采用三自由度的常系数船舶操纵运动方程为数学模型,通过计算机仿真来考察水动力系数、舵的整流系数以及螺旋桨伴流系数对船舶操纵性的影响。结果用敏感性指数表示,仿真Z形操舵试验和船舶回转试验进行敏感性分析。分析表明,在船舶回转试验中,对船舶操纵性的回转性能影响较大的是线性水动力系数及舵整流系数;在Z形操舵试验中,线性水动力系数、舵整流系数、螺旋桨伴流系数、非线性水动力系数Nr′|r|以及附加质量(附加惯性矩)my、JZZ对超越角影响较大,其它系数依船型不同对超越角影响不同。从数据对比上看,这两种船的系数对超越角的影响普遍大于对回转直径的影响。不同船型的系数对超越角的影响相差很大。

多桨船舶自航因子数值预报

以某四桨水面船舶为研究对象,基于RANS方法和滑移网格技术,建立船、附体和螺旋桨整体计算模型,并运用小范围改变螺旋桨转速的方法和前后桨分别计算的方法预报该船的自航因子。结果表明:四桨船舶内、外桨的自航因子并不相等,内后桨的实效伴流分数和推力减额分数均比外前桨的大;提出的方法计算结果可靠,能够体现四桨船舶自航因子的差异性,并且符合推力减额与伴流关系的一般规律,可为多桨船舶的自航试验提供依据。

基于SPIV的压浪板对DTMB5415船模尾流场影响的试验研究

以DTMB5415船模为研究对象,基于体视粒子图像测速技术(Stereoscopic Particle Image Velocimetry,SPIV)对压浪板安装前后的船模伴流场及尾流场中多个截面进行测量。PIV测量对船体边界层内流动进行了很好的捕捉,与国际上公开的相关流场信息具有较高的吻合度,补充了DTMB5415基准船模的流场数据库。压浪板的安装会降低桨盘面速度,且压浪板的影响会随着船舶航速的增大而增大,在Fr数为0.28和0.41时,桨盘面平均速度分别降低了0.77%和1.45%。此外,压浪板对流场测点的影响随着距离的减小而增大,在X/LPP为0.95、0.97和0.99这三个截面上的平均无量纲轴向速度分别降低了0.009、0.0273和0.0459。

双桨船势伴流分数的计算与分析

采用边界元方法对 830 1双尾船、HS80高速客船以及大径深比FT86 0 1推轮共 3艘内河双桨船型的势伴流分数进行了计算 ,探讨了势伴流占总伴流的比例以及桨盘处势伴流的分布规律 ,得出了一些初步结论。结果表明 :双桨船势伴流分数占总伴流分数的比例并不大 ,因此若用预估单桨船的伴流分数公式来预估双桨船是不可行的。

沿岸航行肥大型船舶的流场偏移特性研究

以国际标准油船KVLCC2为研究对象,基于RANS方程,对其沿岸航行时在浅水与岸壁效应联合作用下船体周围黏性流场的变化特性进行数值模拟。对网格无关性和湍流模型进行验证,并将水动力和流场计算结果与试验值相对比,以验证数值方法的可行性。改变水深、船-岸距离和航速3个参数,计算对比周围流场的变化、船体表面压力的变化和伴流分数的变化,重点分析船尾伴流的偏移特性,给出桨盘处伴流分数的变化趋势和平均值。研究结果表明,随着水深和船-岸距离的减小,桨盘处伴流分数沿周向的分布呈不对称性;水深和船-岸距离同时减小会使桨盘处流场向岸壁偏移更明显;航速变化对流场偏移的影响较小。

多用途散货船尾流场的数值计算

运用CFD方法,开展了多用途散货船阻力性能的数值模拟。对计算得到的不同航速下裸船体总阻力系数与HSVA水池试验得出的对应参数进行比较,经最终分析得到数值计算结果与物理模型实验值相对偏差在5%内,初步验证了数值计算方法的可靠性。本文着重研究了不同缩尺比下船体尾部的标称伴流,分析结果表明船尾边界层厚度随雷诺数的增大而减小;桨盘面伴流分数存在单峰值,随着雷诺数的增大,伴流分数峰值相应减小;船模缩尺比越大,伴流尺度效应越明显。

肥大型船伴流场数值模拟的网格划分方法研究

船体伴流场的预报与分析,对于螺旋桨的减震降噪、螺旋桨推进效率的提高是至关重要的.为寻求适合肥大型船伴流场的数值预报方式,使用通用CFD前处理软件ICEM CFD探讨了某肥大型船伴流场数值模拟的网格划分方法,并对影响该肥大型船尾部伴流场的一些关键网格的划分做了比较和分析.通过不同网格划分方法所得到的数值结果与实验结果的比较,得出了适合肥大型船伴流场的网格划分方法.同时,为验证该网格划分方法的适用性,对某化学品运输船和集装箱船的桨盘面伴流场进行了预报,其结果与试验值符合良好.三条船伴流场的数值结果表明,该网格划分方法在肥大型船粘性伴流场的预报上具有适用性.

导管调距桨实效伴流分数的简化CFD计算

为了获得实效伴流分数和推力减额系数,一般情况下要进行船桨自航实验。在导管调距桨的自航实验中,由于需要测量导管的推力以及调节螺距比,会增加实验的复杂程度。近年来,数值水池的应用得到了广泛关注。但由于计算模型通常为整条船和桨,几何模型复杂且计算量大。针对船体较长且具有平行中体的船舶,本文探索了一种简化模型方法即考虑半个船模和桨,忽略船首对尾部半流的影响。与实验结果比较,满载和压载工况下计算得到的伴流分数误差均约在4%左右。本文的研究表明在缺少实验条件的情况下,简化模型的CFD方法可以作为研究伴流分数的有效手段。