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破损船舶横摇水动力系数计算和分析

中国造船 2023年第2期64卷 151-163页

作者：黄志云高志亮许桑铭武汉理工大学船海与能源动力工程学院武汉430061

采用计算流体动力学方法模拟破损和完整船舶在静水中的强迫横摇运动,研究船舶破损前后的横摇水动力变化以及横摇参数对破损船横摇水动力的影响。分析了在不同横摇条件下船舶破损前后整船、船壳部分和舱室部分的附加惯性矩和阻尼系数的... 详细信息

采用计算流体动力学方法模拟破损和完整船舶在静水中的强迫横摇运动,研究船舶破损前后的横摇水动力变化以及横摇参数对破损船横摇水动力的影响。分析了在不同横摇条件下船舶破损前后整船、船壳部分和舱室部分的附加惯性矩和阻尼系数的变化特点。研究发现,破损船的附加惯性矩以船壳成分为主,破口的存在使船壳附加惯性矩减少。舱室附加惯性矩大小与横摇幅值密切相关,当横摇幅值不超过10°时,舱室附加惯性矩的加入使破损船整船的附加惯性矩大于完整船的附加惯性矩;当横摇幅值达到15°后,舱室附加惯性矩变为负值,使得破损船整船的附加惯性矩小于完整船的情况。破损船整船的阻尼系数比完整船阻尼系数大20%~110%。船舶破损后吃水增加使得破损船壳阻尼系数增大,破口的存在对船壳阻尼系数影响不大,但水流进出舱室对舱内水非线性晃荡行为有显著的抑制作用,影响到舱室阻尼系数的大小。随着横摇幅值增大,破损船的整船和舱室阻尼系数的增长率逐渐降低,而船壳阻尼系数的增长率逐渐变大。

关键词：破损船水动力系数强迫横摇 CFD

基于CFD技术的静水中船舶强迫横摇虚拟试验策略研究

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基于CFD技术的静水中船舶强迫横摇虚拟试验策略研究

作者：梁玉博哈尔滨工程大学

学位级别：硕士

船舶在海上的运动可以通过建立横摇运动微分方程来求解,因此需要确定微分方程中的系数。能否准确预报横摇阻尼是横摇运动特性预报的关键和难点,以往基于势流理论的阻尼预报方法只考虑五种横摇阻尼成分中的兴波阻尼,如果不对势流理论加... 详细信息

船舶在海上的运动可以通过建立横摇运动微分方程来求解,因此需要确定微分方程中的系数。能否准确预报横摇阻尼是横摇运动特性预报的关键和难点,以往基于势流理论的阻尼预报方法只考虑五种横摇阻尼成分中的兴波阻尼,如果不对势流理论加以修正,横摇阻尼预报精度就不具有工程实用性。本文基于CFD技术借助商业CFD求解器对静水中强迫横摇分别进行了二维和三维数值模拟研究,制定了准确预报阻尼系数的CFD模拟策略。同时,二维模拟中还研究了CFD预报横摇阻尼的不确定度,三维模拟中对大幅横摇过程产生的物理现象及舭龙骨减摇效果展开探讨。二维模拟计算量小,更适合零航速下对船体剖面横摇阻尼的快速预报及其他问题的研究。在强迫横摇试验的二维CFD模拟中,作者基于滑移网格技术,详细阐述了采用商业CFD软件FLUENT,模拟强迫横摇试验的计算域、网格、边界条件、时间步长、第一层网格尺寸设置策略,并将这些因素逐一进行了敏感性及收敛性分析。采用能量法获取阻尼系数,与模型试验结果比对,二者结果吻合良好。同时,还研究了CFD预报阻尼系数的不确定度。有航速下,摇荡阻尼取决于航速的大小,因此,有必要研究强迫横摇试验的三维CFD模拟策略。在三维模拟策略的研究中,采用商业CFD软件STAR-CCM+,同样是基于滑移网格技术进行了强迫横摇虚拟试验,CFD预报结果与现有的试验结果对比,二者结果吻合较好。此外,还发现大摇幅时等效线性阻尼系数下的阻尼力矩与实际阻尼力矩有差距。在极端海况下常常出现大幅横摇运动,大幅横摇运动常常导致的舭龙骨出水,通过采用CFD模拟静水中大幅横摇运动,从力学角度研究舭龙骨出水导致的减摇效果剧减的原因,同时还展示了舭龙骨出水再入水所发生的气泡掺混现象,这与其全浸没时的情况是截然不同的。此外,本文还应用CFD技术计算了带单侧舭龙骨圆柱体在强迫横摇过程中的舭龙骨压力载荷,发现舭龙骨压力载荷与横摇阻尼有密切联系,且研究表明随着舭龙骨宽度增加,舭龙骨压力载荷增大,横摇阻尼系数上升。舭龙骨的剖面形状也是影响舭龙骨压力载荷及横摇阻尼系数的重要因素。经对比研究几种舭龙骨剖面形状,发现平板型舭龙骨较楔形及其他复杂型剖面舭龙骨有更好的减摇效果。

关键词：强迫横摇 CFD虚拟试验模拟策略横摇阻尼

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船舶强迫横摇粘性流场数值模拟

船舶强迫横摇粘性流场数值模拟

作者：高子予哈尔滨工程大学

学位级别：硕士

船舶在海面航行时会受到多种力作用而产生复杂的六自由度运动,其中横摇运动最容易发生也最危险,因此在六自由度运动中最为重要。一直以来,各国学者都致力于对船舶横摇的研究,横摇运动却由于粘性效应明显,运动过程中存在很大非线性,因此... 详细信息

船舶在海面航行时会受到多种力作用而产生复杂的六自由度运动,其中横摇运动最容易发生也最危险,因此在六自由度运动中最为重要。一直以来,各国学者都致力于对船舶横摇的研究,横摇运动却由于粘性效应明显,运动过程中存在很大非线性,因此采用势流理论对其进行研究并不理想。目前国内外学者对船舶横摇运动的研究主要集中在横摇总阻尼预报上,而对其各组成成分却没有进行单独细致的分析。其中,漩涡阻尼作为横摇总阻尼的重要组成成分,与舭部漩涡的产生和耗散有着密切联系,因此,本文将研究船舶在发生强迫横摇时由于强烈的粘性效应而产生的流动分离、漩涡运动及其相互干扰等问题。本文将采用物理试验-数值模拟相结合的方法研究横摇参数对横摇流场的影响。首先基于OpenFOAM开源软件,采用RANS方法、VOF方法、动网格技术和SST k-ω湍流模型对船舶强迫横摇进行数值模拟,接着讨论了二维情况下横摇周期和横摇幅值对横摇流场的影响以及大幅横摇下流场的流动特征,最后介绍了项目组牵头开展的三维船模强迫横摇试验,并将该试验的数据处理结果与第六章数值模拟结果进行比对,证明数值模拟的可靠性,研究航速等不同横摇参数对三维船舶横摇流场的影响。研究表明,在船舶强迫横摇流场中,流场涡量随着横摇幅值的增大而增大,随着横摇周期的增大而减小;在船舶大幅横摇时,舭龙骨的出入水造成了强烈的流动分离,漩涡间复杂的相互干扰导致漩涡脱落速度加快,并对漩涡分离点的位置产生影响;相同航速下,横摇幅值越大,流场的涡量越大;相同横摇幅值下,有航速时船体周围涡量较零航速时大,且航速的存在增加了漩涡向后运动的速度,使得漩涡呈现明显的三维特性,漩涡运动和耗散加快,增强了船体与周围流体的能量交换,使得横摇阻尼力矩和横摇阻尼系数大幅增大。

关键词：强迫横摇 CFD数值模拟横摇阻尼漩涡特征粘性流场

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油船强迫横摇试验及分析研究

船舶 2020年第2期31卷 87-92页

作者：刘小健陈禧聂军王志南范佘明喷水推进技术重点实验室上海200011 上海市船舶工程重点实验室上海200011 中国船舶及海洋工程设计研究院上海200011

采用自制的横摇试验设备和控制系统,进行油船船模在三种横摇幅值下的强迫横摇试验,横摇试验周期为0.8~20 s,全方位探究零航速不同横摇周期时强迫横摇力矩以及力矩和运动之间相位的变化规律。试验发现,随横摇周期的增大,横摇力矩先减小,... 详细信息

采用自制的横摇试验设备和控制系统,进行油船船模在三种横摇幅值下的强迫横摇试验,横摇试验周期为0.8~20 s,全方位探究零航速不同横摇周期时强迫横摇力矩以及力矩和运动之间相位的变化规律。试验发现,随横摇周期的增大,横摇力矩先减小,试验周期到达横摇固有周期附近时横摇力矩最小,之后横摇力矩逐渐增大,当横摇周期很长,船舶横摇缓慢,此时横摇力矩基本保持不变;同一横摇周期和不同横摇幅值下,横摇力矩与横摇幅值成倍数关系。随着横摇周期的减小,附加惯量成线性增加,横摇阻尼非线性明显,并随横摇幅值的增加而增大。

关键词：油船强迫横摇横摇力矩横摇阻尼附加惯量

不同横摇幅值下的强迫横摇水动力测试及参数分析研究

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不同横摇幅值下的强迫横摇水动力测试及参数分析研究

三维船体横摇运动数值模拟及舭龙骨阻尼特性研究

第三十届全国水动力学研讨会暨第十五届全国水动力学学术会...

作者：刘小健陈禧聂军王志南范佘明中国船舶及海洋工程设计研究院喷水推进技术重点实验室中国船舶及海洋工程设计研究院上海市船舶工程重点实验室

本文以某VLCC船为研究对象,采用自研的横摇设备和控制系统,进行了该船模在三种横摇幅值下的强迫横摇试验研究,横摇试验周期为0.8s-20s,目的是全方位探究零航速不同横摇周期时强迫横摇力矩、以及力矩和运动之间相位的变化规律。试验发现... 详细信息

本文以某VLCC船为研究对象,采用自研的横摇设备和控制系统,进行了该船模在三种横摇幅值下的强迫横摇试验研究,横摇试验周期为0.8s-20s,目的是全方位探究零航速不同横摇周期时强迫横摇力矩、以及力矩和运动之间相位的变化规律。试验发现,随横摇周期的增大,横摇力矩先减小,试验周期到达横摇固有周期附近时横摇力矩最小,之后横摇力矩增大,直到横摇周期很大,船舶缓慢横摇,此时横摇力矩基本保持不变;同一横摇周期下和不同横摇角度下,横摇力矩与横摇角度成倍数关系。随着横摇周期的减小,附加惯量成线性增加,横摇阻尼非线性明显,并随横摇幅值的增加而增大。

关键词：强迫横摇横摇力矩横摇阻尼附加惯量

来源： cnki会议评论

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船舶力学 2020年第6期24卷 706-719页

作者：蒋银朱仁传缪国平范菊上海交通大学船舶海洋与建筑工程学院海洋工程国家重点试验室上海200040 高新船舶与深海开发装备协同创新中心上海200040

为研究舭龙骨阻尼特性及尺寸航速等因素的影响,本文基于计算流体动力学方法分别对有、无舭龙骨三维船体的自由横摇衰减运动以及强迫横摇运动进行数值模拟研究,有无舭龙骨的三维船体的横摇阻尼之差即为舭龙骨阻尼。对Fr=0.138、初始横摇... 详细信息

为研究舭龙骨阻尼特性及尺寸航速等因素的影响,本文基于计算流体动力学方法分别对有、无舭龙骨三维船体的自由横摇衰减运动以及强迫横摇运动进行数值模拟研究,有无舭龙骨的三维船体的横摇阻尼之差即为舭龙骨阻尼。对Fr=0.138、初始横摇角10°带舭龙骨船体的自由横摇衰减数值模拟算例作了验证与确认分析,自由横摇衰减时历曲线与实验结果吻合较好,固有周期和横摇阻尼精度较高。进一步分析研究了不同几何尺寸、初始横摇角、航速以及频率等参数对舭龙骨阻尼的影响。自由横摇衰减模拟研究中舭龙骨阻尼随着舭龙骨宽度、初始横摇角度的增大而增大;当航速为0时,舭龙骨阻尼在总阻尼占比最大,航速对舭龙骨阻尼绝对值影响较小。强迫横摇模拟研究表明:当横摇角一定,舭龙骨阻尼随着频率的增大而非线性增大,在固有频率附近,粘性效应不可忽略。

关键词：自由横摇衰减强迫横摇舭龙骨阻尼粘性效应

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某大型圆柱壳体横摇模拟装置系统建模与仿真

舰船科学技术 2014年第8期36卷 109-112,117页

作者：张庆梁伟锋魏振东彭先勇刘洋武汉第二船舶设计研究所湖北武汉430064 华中科技大学FESTO气动技术中心湖北武汉430074

在国内首次以大体积、大排水量的某大型圆柱壳体为对象,针对在实验室条件下以大角度进行强迫横摇的试验要求,设计多组并联液压驱动横摇装置。为使系统易于实现,减小系统功率,提出一种逐步加载的驱动方式,以达到圆柱壳体实现大角度强迫... 详细信息

在国内首次以大体积、大排水量的某大型圆柱壳体为对象,针对在实验室条件下以大角度进行强迫横摇的试验要求,设计多组并联液压驱动横摇装置。为使系统易于实现,减小系统功率,提出一种逐步加载的驱动方式,以达到圆柱壳体实现大角度强迫横摇的要求;针对横摇装置液压控制系统,对壳体进行横摇过程中的受力分析,建立系统的数学模型,通过仿真研究验证模型的正确性。

关键词：液压伺服系统强迫横摇逐步加载建模仿真

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单多体船横摇阻尼分析方法的比较与探讨

单多体船横摇阻尼分析方法的比较与探讨