船型阻力寻优时的数值模拟技术研究

船模阻力性能数值预报是船型优化的重要基础之一,但目前对船模阻力性能数值预报的研究主要集中在其准确性方面。相比准确性,数值预报技术的线型辨识特性在船型优化过程中却显得格外重要,这将直接影响船型优化的趋势及最后结果的质量。以提高船模阻力性能数值预报技术对线型的辨识能力为主要目的,通过对网格策略、湍流模型等因素的研究以及开展相关的船模阻力试验,探索了影响线型辨识能力的主要因素。分析结果表明,影响线型分辨能力的因素主要是湍流模型和最外层网格高度。湍流模型对线型辨识能力的影响主要体现在对不同线型粘压阻力的辨识上。选用Realizablek-ε湍流模型配合文中的网格策略能增强船模阻力性能数值预报对线型的辨识能力。

破损船舶结构校核方法研究

船舶破损属于危险状态,快速准确地校核破损船舶结构强度对于应急救援等工作有着重要意义。以某散货船破损工况为例,分别采用等值梁法与有限元法评估破损船舶的结构强度。计算表明,传统的等值梁法未能真实反映船舶破损后的变形及横向构件的应力,具有一定的局限性,有限元法则弥补了此项不足,该方法可为今后船舶破损的计算分析提供参考。

船舶在规则波中自航因子变化规律的模型试验研究

随着船舶业节能减排受到越来越多的关注,船舶在实际海浪中的性能也受到人们的重视,进行波浪中推进性能的精细研究成为新的需求。为此,进行了规则波中自航试验,研究了规则波中自航因子随波长船长比(λ/L_(pp))的变化规律。研究发现波浪的存在使得推力减额比静水中值有所增加,伴流分数、船身效率、敞水效率、推进效率比静水中值有所降低,并且峰值或谷值出现在λ/L_(pp)约为1.2附近。特别地,对于该船舶来说谷值处波浪中推进效率比静水中减小约40%。此外,规则波中波浪增阻、转速增加、推力增加、扭矩增加和功率增加无因次系数都随着λ/L_(pp)先增加后减小,在λ/L_(pp)约为1.2时达到峰值,且推力增加无因次系数与增阻无因次系数几乎相同。这些变化规律有助于深化波浪中船舶推进性能的研究。

船舶交通事故复现仿真系统的研究

为正确直观地对船舶交通事故进行分析和责任判定,提出了一种基于船舶操纵模拟器的船舶交通事故复现仿真系统的开发方案。在综合分析方案设计原则和关键技术的基础上,提出了实现交通事故复现的具体步骤。该系统的研究开发可为海上主管部门对事故的调查和总结的科学性提供客观依据。

涌浪作用下浮吊安装钢塔安全性评估研究

港珠澳大桥江海直达船航道桥钢塔高达106m,重约3 100t,采用3200T"长大海升"与2200T"正力"浮吊船整体吊装。为研究涌浪作用下船舶的安全性,基于多浮体水动力干扰理论和系泊系统时域分析理论,采用水动力分析软件HydroSTAR和锚系泊Ariane8建立相应三维面元网格模型,选取最不利工况,对特定涌高在不同周期下船舶的横摇、纵摇及垂荡统计值,系泊线受力,以及钢塔2个吊钩处的相对运动幅值进行分析。结果表明:"长大海升"与"正力"的最大横摇单幅值分别为2.2°、3.0°,最大垂荡单幅值分别为0.59m、1.13m,纵摇角度很小,所有系泊线最大受力安全系数分别为2.54和1.80,钢塔上2个吊钩处的相对运动最大单幅值为2.3m;2艘船运动统计值均满足要求,系泊系统安全可靠,确定作业限制条件为涌高0.8m,周期14s,风速8m/s。

船舶波浪增阻及运动响应的黏性数值计算研究

数值水池计算是利用先进的水动力学理论模型和精细数值计算方法,在不同海洋环境中进行相关流体动力响应研究的高精度虚拟试验。基于商业软件STAR-CCM+建立全黏流数值波浪水池,采用VOF方法捕捉自由面,模拟规则波浪,造波质量优良。以19 000 DWT多用途船为研究对象,应用RNG k-ε湍流模型封闭并求解RANS方程和运动方程,计算目标船在不同波浪环境工况下的波浪增阻和运动响应,计算结果与模型试验结果吻合度较高,验证了数值计算模型的可行性与精确性,可用于船舶在波浪中航行性能研究的精细模拟,为波浪中船舶快速性预报和船型优化提供技术支撑。

破损船舶的应急响应方法研究

船舶破损进水后的浮态与稳性发生变化,船舶在波浪中的运动响应及船体梁载荷也将随之改变,通过采取应急响应措施,可以有效改善其航行状况。以某一典型破损工况为例,计算了船舶破损后的浮态、稳性、运动响应及载荷,并与破损前进行了对比。结果显示：船舶破损后,横倾变大,横摇运动明显增加,扭矩与水平剪力增幅较大,水平弯矩与垂向剪力也有所增加。针对船舶的破损工况,提出了5种应急响应方案,对比这5种方案下的船舶状态,发现在左舷底边1号-5号压载舱各加入95%的压载水方案最优。

限制性Ⅲ级航道船舶阻力试验研究

简要阐述了内河船舶阻力估算方法,根据1 000t散货船模型在限制性Ⅲ级航道中的阻力试验结果,提出了适合内河限制性Ⅲ级航道的船舶阻力估算公式。验算结果表明,提出的公式具有较高的计算精度,对限制性航道设计具有重要的参考价值。

小长宽比类船舶推进系统试验分析研究

随着对海洋开发的不断深入,对海洋工程类和勘探类等小长宽比船舶的需求不断增加,对这类船舶性能也提出了更高要求.现有小长宽比船舶推进形式通常有常规单桨、一对全回转推进器等,2种推进方式都有自己的特点和优势,把2种推进方式结合起来,似乎是该类船舶的一个发展方向.本文通过对一艘风电安装船单桨和双全回转推进器结合的三桨推进方案的模型进行试验研究,分析此类推进方式的特性,其结果可为今后实船推进系统选择提供参考.

船舶在随浪中的增阻和失速研究

针对国际拖曳水池会议(International Towing Tank Conference,ITTC)推荐的实船试航航速修正方法中对波浪增阻的修正未严格区分迎浪工况和随浪工况的情况,对一艘50500载重吨油船进行随浪规则波模型试验,并将所得结果与迎浪规则波模型试验结果相对比,研究船舶在随浪中的波浪增阻和运动规律。采用ITTC实船功率预报推荐的阻力推力一致法对该船进行实际海况下的失速预报分析,对比迎浪和随浪工况下的实船失速预报情况。结果发现,在相同等级的海况下,随浪工况下的船舶失速比迎浪工况下的船舶失速小,且随着海况等级的提升,两者的失速差值越来越大。

近岸大型船舶傅汝德-克雷洛夫力研究

准确预报大型船舶在近岸海域的运动响应,以保证其不发生锚绳断裂、触底搁浅。目前的水动力软件假设定常水深,忽略了波浪在近岸海域的绕射、折射和反射作用,导致不准确的分析。论文采用边界匹配法,考虑近岸地形变化导致的流场变化,编制了相应的计算程序,从变化的两个方面研究近岸海底坡度和平均深度对大型船舶傅汝德-克雷洛夫力的影响。

满足最小装机功率下的船舶波浪增阻数值计算研究

以某散货船为研究对象,利用泰勒展开边界元方法对目标船在低速和高速下的波浪增阻进行计算,将计算结果与耐波性模型试验结果进行对比分析。分析结果表明,该数值计算的结果与模型试验结果规律性一致,高航速下的计算结果与试验结果基本吻合,低航速下的计算结果略大于试验值。验证了该数值计算方法的可行性,采用该方法进行最小装机功率要求下波浪增阻的评估较为保守。

起重船波浪载荷直接计算与规范计算比较研究

采用基于三维频域线性水动力理论的波浪载荷计算软件Wave Loads Calculation System对1 600 t全回转浮吊船进行了波浪载荷计算(主要指垂向弯矩与剪力),得到不同工况下载荷分布的特点。并将计算结果与中国船级社《钢质海船入级规范》中的规范计算结果进行了比较。研究表明:起重船由于其船型、质量分布和载荷工况不同于运输船,规范计算公式无法对其波浪载荷做出合理评估,而采用直接计算方法,能够根据装载状态,较为准确和详细地预报船体波浪载荷及其分布。

液化镍矿砂晃荡与船舶运动的耦合影响

为研究矿砂运输船上货物的液化流动机理及该类型船的倾覆机理,以某镍矿砂运输船为研究对象,对液化镍矿砂晃荡与船舶运动的耦合影响进行研究。对均舱装载下船模的运动响应进行试验研究后发现,液化镍矿砂的晃荡移动会引发货物偏载和航舶横倾累积,最终导致船舶倾覆沉没;而通过添加纵舱壁可以避免这一现象发生。液化镍矿砂会对船舶运动响应产生类似"减摇水舱"的耦合影响。作为比较,对隔舱装载工况进行试验研究,发现在隔舱装载工况中没有明显的货物偏载和船舶横倾现象。该试验说明,隔舱装载会大大减小横摇运动幅值及因偏载产生的横倾角,加大船舶进水角裕度,有利于船舶在海上安全航行。

高能效江海直达散货船线型开发研究

以两万吨级江海直达散货船为研究对象,以提高能效为目标,结合船舶CFD数值分析和模型试验手段,对船舶的艏型与尾型选择,艏部水线与横剖线设计以及艉部双艉鳍倾角、间距、大小、形状等方面进行了分析研究。最终开发的线型采用新型直型艏和非对称双尾鳍,波形平缓,船体表面压力分布均匀,阻力低;经尾鳍后形成了有利于外旋桨工作的预旋流,螺旋桨推进效率高,船舶能效设计指数(EEDI)相比国际公约要求的能效设计基线降低了30%以上,成功开发的新船型将成为新一代江海直达船型的引领船型。

不同集装箱布置下船舶风载荷数值仿真

采用数值仿真手段,在各风向角下计算分析船舶甲板上6种不同的集装箱堆箱布置对船舶纵向风向力、横向风力和艏摇风力矩的影响。借助风洞设备对相应研究工况进行风洞试验验证,结果表明数值计算结果与试验结果吻合较好。为有效评估不同堆箱布置形式下航行集装箱船的风阻力,提出考虑遭遇风向角范围的"阻力系数面积RA"评估指标。

浮态节能技术在某型集装箱船上的应用

为使集装箱船能在保持或增加运力的同时大幅减少燃油消耗,从而降低对环境的有害影响,针对营运中的船舶,提出运用浮态节能技术。以某型集装箱船1 a的营运航行资料为基础,统计分析该型船实际运营的航速范围和载重范围,并在该范围内开展一系列的船舶模型试验。对试验结果进行计算分析,并以此开发应用于实船的"浮态节能系统",通过实船测试验证浮态节能的效果。结果表明:浮态调整具有较好的节能效果,基于模型试验开发的浮态节能系统可准确评估船舶的性能,并能指导浮态调整达到节能的目的,具有较高的可靠性。

船舶营运大数据挖掘与应用思考

船舶营运大数据来源于航运信息平台和营运船舶监测,通过对这些海量数据的分析与挖掘,能发现很多有价值的信息与规律,可应用于多载况下船舶功率与航速评估、船舶能效设计指数(EEDI)实船验证方法的完善、MRV机制实施的技术支持;风浪对航速的影响研究;节能技术的节能效果评价;船舶进坞清污最佳时机分析;船舶设备运行的精细化管理等,对于促进造船和航运业的技术进步具有重要的意义。

核定敞口集装箱船干舷的甲板上浪评估方法研究

敞口集装箱船是一种出于经济性目的,而允许不设置舱口盖的特殊集装箱船型。由于其特殊性,甲板上浪导致的货舱进水/积水对于船舶稳性会产生十分不利的影响。为了确保此类船舶具备充足的稳性裕度并减小甲板上浪,科学合理地核定干舷对于确保安全具有十分重要的意义。目前国际公约和各国法规均对常规船舶最小干舷高度给出了明确的要求,相关计算公式主要基于长期的船舶建造、使用经验或有限的样船模型试验样本结果得到。出于船型特殊性考虑,则允许敞口集装箱船通过开展甲板上浪试验的方式核定干舷。论文采用模型试验方法,分析了开展甲板上浪模型试验时合理确定波浪中航速的数值计算方法,对比研究了不同试验方法对于上浪进水量的影响,给出了完善敞口集装箱船干舷核定的甲板上浪评估方法的建议。

螺旋桨诱导船体表面脉动压力预报的试验研究

研究了螺旋桨诱导的船体表面脉动压力试验预报值随空气含量变化的规律及螺旋桨模型空泡形态随含气量变化的规律,并与实桨空泡对比分析;探索了脉动压力试验预报与实桨测量值最接近的空气含量控制准则;比较了螺旋桨模型在船模伴流场和修正后的伴流场中工作时,螺旋桨诱导的船体表面脉动压力预报值及螺旋桨模型空泡形态,与实船测量观察结果进行对比,并就伴流场修正对螺旋桨诱导的船体表面脉动压力试验预报的影响作了探讨;研究了螺旋桨诱导的船体表面脉动压力的预报值随桨模试验转速变化的规律。