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非均匀伴流下无空泡螺旋桨涡流噪声的数值研究

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中国造船 2018年第3期59卷 13-22页

作者：姚慧岚张怀新上海交通大学海洋工程国家重点实验室高新船舶与深海开发装备协同创新中心上海200240

应用分离涡方法(DES)对螺旋桨的涡流场进行了模拟。提出了一种在桨叶附近生成高质量边界层网格的结构化网格划分方法。利用Q准则和自定义函数对桨叶泄涡及其频率特性进行了研究。以桨叶表面脉动压力为声源,通过求解FW-H方程对螺旋桨噪... 详细信息

应用分离涡方法(DES)对螺旋桨的涡流场进行了模拟。提出了一种在桨叶附近生成高质量边界层网格的结构化网格划分方法。利用Q准则和自定义函数对桨叶泄涡及其频率特性进行了研究。以桨叶表面脉动压力为声源,通过求解FW-H方程对螺旋桨噪声进行了预报。频谱分析表明螺旋桨低频离散线谱噪声、低频宽带噪声以及高频涡流噪声都得到了较好的预报,特别对涡流噪声的频谱特性进行了分析。数值计算结果表明:以单桨叶表面压力脉动为声源,涡流噪声为单调音,频率即为桨叶泄涡频率,声压级比宽带噪声高出约15 dB;以整个螺旋桨表面压力脉动为声源,涡流噪声在泄涡频率附近有着多条线谱,各线谱的频率间隔相等,声压级比宽带噪声高出约10 dB。

关键词：螺旋桨泄涡螺旋桨噪声涡流噪声 DES FW-H

质量静矩和惯性矩对水翼流致振动及噪声影响的数值研究

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振动与冲击 2019年第4期38卷 213-221,244页

作者：刘龙张怀新姚慧岚上海交通大学海洋工程国家重点实验室高新船舶与深海开发装备协同创新中心上海200240

采用URANS方法数值计算了具有两个自由度三维刚性水翼的流致振动和声辐射问题,三维刚性水翼的振动是通过解刚性体的运动方程的方式实现,流场在Fluent里用k-ω SST湍流模型计算。进行了网格无关性验证和时间步长的验证,并和相关的试验结... 详细信息

采用URANS方法数值计算了具有两个自由度三维刚性水翼的流致振动和声辐射问题,三维刚性水翼的振动是通过解刚性体的运动方程的方式实现,流场在Fluent里用k-ω SST湍流模型计算。进行了网格无关性验证和时间步长的验证,并和相关的试验结果以及Theodorsen非定常理论的结果进行了对比,计算结果具有较高的吻合度;重点计算了质量静矩和质量惯性矩对振动以及振动临界状态的影响,并且计算了不同振动状态下的声辐射问题。计算结果表明,质量静矩和质量惯性矩对水翼的振动有较大的影响,而水翼的振动会使噪声大幅增加。

关键词：三维水翼流致振动声辐射

螺旋桨脉动压力作用下自航船舶艉部振动数值研究

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上海交通大学学报 2022年第9期56卷 1148-1158页

作者：秦广菲姚慧岚张怀新上海交通大学海洋工程国家重点实验室高新船舶与深海开发装备协同创新中心上海200240 中国海洋大学工程学院山东青岛266100

为研究静水中航行的船舶在螺旋桨脉动压力作用下的艉部振动特性,基于雷诺平均(RANS)方法,结合剪切应力输运(SST)k-ω湍流模型进行船桨自航数值模拟.将得到的船体表面脉动压力作为外激励,并通过结构有限元模型耦合流场边界元模型进行声... 详细信息

为研究静水中航行的船舶在螺旋桨脉动压力作用下的艉部振动特性,基于雷诺平均(RANS)方法,结合剪切应力输运(SST)k-ω湍流模型进行船桨自航数值模拟.将得到的船体表面脉动压力作为外激励,并通过结构有限元模型耦合流场边界元模型进行声固耦合计算,建立了螺旋桨表面力激励自航船舶艉部振动数值预报方法.通过分析螺旋桨表面力在时域与频域内的变化规律,发现叶频分量的幅值远大于其他频率分量的幅值.对于右旋桨,螺旋桨上方的右舷侧压力幅值高于左舷侧压力幅值.通过研究螺旋桨表面力、结构固有特性与振动响应结果之间的对应关系,发现船艉结构耦合模态固有频率应当远离螺旋桨激励力频率,以降低振动响应.通过探究相同激励作用下船艉结构变化对振动响应的影响,发现增加板厚或者安装加强筋可以改变结构固有特性,从而避开共振,达到减振效果.

关键词：螺旋桨脉动压力艉部振动数值方法船舶自航减振

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桨径比对串列螺旋桨水动力性能的影响

推进技术 2023年第10期44卷 264-276页

作者：严睿雄张怀新姚慧岚中国海洋大学工程学院山东青岛266000 上海交通大学海洋工程国家重点实验室上海200240

基于B系列和AU系列桨叶参数设计了22只不同桨径比的串列桨,采用数值方法进行性能研究,重点比较了后桨直径大和后桨直径小的串列桨的推力和效率,在此基础上探讨桨径比变化对串列桨性能的影响,最终从流场干扰角度对性能变化的原因进行分... 详细信息

基于B系列和AU系列桨叶参数设计了22只不同桨径比的串列桨,采用数值方法进行性能研究,重点比较了后桨直径大和后桨直径小的串列桨的推力和效率,在此基础上探讨桨径比变化对串列桨性能的影响,最终从流场干扰角度对性能变化的原因进行分析。结果表明:后桨直径大的串列桨的推力和效率均优于后桨直径小的串列桨。在中小进速系数下,随着后桨直径增大,串列桨的效率先增大后减小,存在最佳值,而在大进速系数时,随着前桨径与后桨径比值的减小,效率逐渐提升。较小的前桨对后桨入流的不利干扰减少,是串列桨效率提高的根本原因。

关键词：串列螺旋桨桨径比敞水性能桨间干扰数值模拟

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船舶3D总体设计技术研究

船舶3D总体设计技术研究

作者：姚慧岚大连海事大学

学位级别：硕士

随着计算机应用技术的普及,船舶设计也必将加入三维数字化设计的行列。船舶总体设计包括船舶主尺度及船型系数确定,船舶型线设计,总布置设计,船舶性能计算等内容。本文应用Solidworks二次开发技术,利用VB语言编程,从三维数字化设计的角... 详细信息

随着计算机应用技术的普及,船舶设计也必将加入三维数字化设计的行列。船舶总体设计包括船舶主尺度及船型系数确定,船舶型线设计,总布置设计,船舶性能计算等内容。本文应用Solidworks二次开发技术,利用VB语言编程,从三维数字化设计的角度出发,对船舶总体设计各个阶段的内容进行3D设计的技术研究,主要完成的内容介绍如下： 1.主船体曲面设计。本文把船舶型线设计方法,比例变换法、“1-Cp”法和迁移法,应用于三维船舶主船体曲面设计,得到主尺度和船型参数正确的设计船的主船体曲面,然后对设计船曲面进行型线出图和静水力计算,得到设计船的静水力计算表,CAD型线图和肋骨型线图。 2.总布置设计。在完成设计船主船体曲面后,利用数字化建模技术完成上层建筑设计和舱壁设计,舱室的划分和通道的设计。利用数据库和装配体技术进行设备选型,完成船舶设备的布置,门、窗的安装,舰载武器的安装,以及楼梯的设计,得到设备明细表以及重量重心表,最后对设备进行干涉检验确保布置的准确性。 3.三维可视化船舶方案演示。船型演示技术主要包括对船舶造型、主船体曲面特征、上层建筑形式、舱室划分、通道设计、设备布置、舱室风格等内容的三维多视角显示,以及设计船静水力性能等信息的查看。 4.数据库系统开发。为系统建立四大数据库,包括母型线型库、船用设备库、舰载武器库、设计船型库。母型线型库为船舶设备提供母型船主船体曲面,船用设备库和舰载武器库为船舶总布置提供设备模型和数据,设计船型库为船舶方案演示提供三维船舶模型。

关键词：船舶设计可视化数字化二次开发数据库

振荡水翼弦向主动变形提高获能效率的机理研究

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中国海洋大学学报（自然科学版） 2024年第3期54卷 107-115页

作者：姜祎萌姚慧岚中国海洋大学工程学院山东青岛266100

为探明振荡水翼弦向主动变形对获能效率的影响机理,应用结构变形方程结合动网格方法对水翼弦向变形进行主动控制,并通过求解雷诺平均纳维-斯托克斯(Reynolds-averaged Navier-Stokes, RANS)方程和Spalart-Allmaras(S-A)湍流模型,对具有... 详细信息

为探明振荡水翼弦向主动变形对获能效率的影响机理,应用结构变形方程结合动网格方法对水翼弦向变形进行主动控制,并通过求解雷诺平均纳维-斯托克斯(Reynolds-averaged Navier-Stokes, RANS)方程和Spalart-Allmaras(S-A)湍流模型,对具有不同变形程度的振荡水翼获能过程进行数值模拟。分析了振荡水翼弦向主动变形对获能效率的影响规律,提出了考虑水翼运动和弦向柔性变形的有效攻角计算公式,并从一个周期内不同时刻漩涡同水翼相互作用、弦向压力分布以及有效攻角变化等角度对水翼获能差异进行分析,探讨水翼弦向主动变形影响下获能效率变化的根本原因。研究结果表明:相较于刚性水翼,振荡水翼弦向主动变形可以显著提高效率,可达19%,由结构变形引起的漩涡强度变化是获能效率提升的原因之一,但其作用比较有限,由结构变形导致有效攻角增大是效率提升的主要原因。

关键词：振荡水翼柔性变形有效攻角获能效率数值模拟

理论和数值方法预报的船舶姿态改变对螺旋桨非定常轴承力的影响

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大连海事大学学报 2018年第3期44卷 1-8页

作者：姚慧岚张怀新上海交通大学海洋工程国家重点实验室/高性能船舶与深海开发协同创新中心上海200240

对船舶两种不同姿态下的螺旋桨非定常轴承力进行预报,并对其谐调分量进行研究.在此基础上,研究船舶姿态改变对螺旋桨非定常轴承力的影响.结果表明:船舶姿态改变(纵倾和吃水增加)时,桨盘面伴流分布的低阶分量的幅值均相应增加,从而使螺... 详细信息

对船舶两种不同姿态下的螺旋桨非定常轴承力进行预报,并对其谐调分量进行研究.在此基础上,研究船舶姿态改变对螺旋桨非定常轴承力的影响.结果表明:船舶姿态改变(纵倾和吃水增加)时,桨盘面伴流分布的低阶分量的幅值均相应增加,从而使螺旋桨三向轴承力的谐调分量的幅值均有不同程度的增加,其中,横向力幅值的增加明显.此外,研究证明:拟定常方法可以较准确地预报船舶不同姿态下螺旋桨的非定常激振力以及姿态改变造成的螺旋桨激振力的变化;将船和桨分开模拟的方法也可以准确地预报船舶不同姿态下螺旋桨的非定常激振力.

关键词：船舶姿态螺旋桨轴承力船舶伴流谐调分量计算流体力学

具有垂荡板的Spar平台流体力学特性的数值模拟研究

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水动力学研究与进展（A辑） 2018年第2期33卷 150-161页

作者：郑皓晖张怀新姚慧岚上海交通大学海洋工程国家重点实验室高新船舶与深海开发装备协同创新中心上海200240

该文采用大涡模拟的方法对具有垂荡板的Spar平台振荡运动进行了模拟与计算。验证了数值模拟方法的可靠性,并分析研究了垂荡板的厚径比与运动振幅对其水动力系数的影响。结果表明,阻尼系数与垂荡板Keulegan–Carpenter(KC)数呈正相关关... 详细信息

该文采用大涡模拟的方法对具有垂荡板的Spar平台振荡运动进行了模拟与计算。验证了数值模拟方法的可靠性,并分析研究了垂荡板的厚径比与运动振幅对其水动力系数的影响。结果表明,阻尼系数与垂荡板Keulegan–Carpenter(KC)数呈正相关关系。对垂荡板周围的涡结构进行研究,验证了垂荡板周围的涡结构可分为交互式、独立式与互逆式三类。三种不同的涡结构取决于垂荡板的厚径比与数。在此基础上提出三种涡结构的分类界限,总结出不同涡结构情况下,Spar平台无因次阻尼系数的经验公式。

关键词：垂荡板数值模拟水动力系数涡结构

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舰船螺旋桨数值模拟中不同网格类型的比较

舰船科学技术 2018年第4期40卷 33-38页

作者：姚慧岚张怀新上海交通大学海洋工程国家重点实验室上海200240 高性能船舶与深海开发协同创新中心上海200240

不同网格类型的使用对螺旋桨不同问题数值模拟的各个方面都有重要影响。在STAR-CCM+平台上,使用RANS方法 SST kω模型对第27届ITTC指定螺旋桨进行了数值模拟,并从网格生成效率、网格计算效率、预报准确性等3个方面对3种主流的非结构网... 详细信息

不同网格类型的使用对螺旋桨不同问题数值模拟的各个方面都有重要影响。在STAR-CCM+平台上,使用RANS方法 SST kω模型对第27届ITTC指定螺旋桨进行了数值模拟,并从网格生成效率、网格计算效率、预报准确性等3个方面对3种主流的非结构网格进行比较。预报准确性的比较又从宏观(螺旋桨推力和扭矩)和微观(涡结构、尾流压力场、局部流场)2个方面进行。使用3套不同粗细的网格分析了3种网格数量变化对数值结果的影响。结果表明:四面体网格具有最高的网格生成效率和网格计算效率,但细节预报最差,网格数量变化对结果影响大;修剪网格的生成效率和计算效率处在二者之间,但对流场细节的预报最好;多面体网格的生成效率和计算效率都最低,而细节的预报处在二者之间,网格数量变化对结果影响最小。

关键词：螺旋桨数值模拟网格类型效率预报准确性