检索结果-南通市图书馆

带节能装置—桨—舵的船舶自航数值模拟与分析

在线全文

学校读者我要写书评

暂无评论

带节能装置—桨—舵的船舶自航数值模拟与分析

作者：尹崇宏上海交通大学

学位级别：硕士

随着近年来能源紧缺、石油价格上涨以及温室效应等问题,绿色船舶设计作为一股新风逐渐引起行业内相关人员的重视。长久以来,船舶航运业一直是消耗能源的重要行业,同时也导致了温室效应等一系列环境问题。因此,通过相关技术革新,绿色船... 详细信息

随着近年来能源紧缺、石油价格上涨以及温室效应等问题,绿色船舶设计作为一股新风逐渐引起行业内相关人员的重视。长久以来,船舶航运业一直是消耗能源的重要行业,同时也导致了温室效应等一系列环境问题。因此,通过相关技术革新,绿色船舶节能设计成为世界各国造船界和航运界研究的重要课题。国际海事组织(IMO)近年来尤其重视对船舶节能减排以及对船舶“绿色化”建造的引导,并推出了强制性的船舶能效设计指数(EEDI,Energy Efficiercy Design Index)。EEDI的设立为造船界设定了以二氧化碳排放为指标的船舶能耗标准,将从设计建造阶段对船舶能耗提出新的更高标准的要求。降低船舶能耗的一个重要手段是对船舶安装船舶节能装置,因为相对船型优化、主机传动优化等其他手段,安装船舶节能装置工艺简单、风险低、效果明显,同时适用范围广。近年来,船舶节能装置的设计和应用越来越受到有关设计人员和船舶海运市场的重视。目前,相关研究人员对于船舶节能装置的设计研究主要基于模型试验方法展开。模型试验方法在船舶节能装置的设计中存在先天的劣势,因为船舶节能装置的设计需要通过对船尾复杂细节流场进行精确评估,通过不断优化节能装置的各项设计参数和安装位置来达到最优效果,这导致完全采用模型试验来进行船舶节能装置设计成本高昂。同时,传统的势流方法也无法对细节流场进行提取,因此采用计算流体力学方法进行CFD数值模拟在船舶节能装置设计中逐渐成为一种重要的手段。本文的工作基于课题组自主研发的船舶与海洋工程水动力学CFD求解器naoe-FOAM-SJTU,采用重叠网格技术进行全粘性流场计算。为了验证求解器以及重叠网格技术的可靠性,本文首先采用2015年东京CFD研讨会标准船型JBC船进行船-桨配合的自航计算,通过与模型试验的对比分析来确保数值计算的精度。为了进一步对安装有节能装置的VLCC和JBC两型船进行自航性能和节能装置效果的有效评估,本文对两型船分别进行带/不带节能装置静水阻力计算分析、螺旋桨敞水性能计算分析以及带桨强制/纯粹自航计算分析,通过全面系统的计算完成带节能装置、船-桨配合的船舶自航性能预报以及节能装置效果分析评估。

关键词：船舶节能装置船舶自航粘流重叠网格 naoe-FOAM-SJTU

基于船—桨—舵全耦合求解的船舶自航性能数值预报方法研究

在线全文

同方学位论文库

学校读者我要写书评

暂无评论

基于船—桨—舵全耦合求解的船舶自航性能数值预报方法研究

作者：祝启波江苏科技大学

学位级别：硕士

船舶在水中航行时其性能的优劣不仅取决于其自身特点,还与螺旋桨以及桨后舵密切相关。螺旋桨作为当前船舶最主要的推进器为船舶航行提供动力,船桨之间是否匹配对于船舶快速性、经济性有重要影响;桨后舵对于船舶运动稳定性以及运动方向... 详细信息

船舶在水中航行时其性能的优劣不仅取决于其自身特点,还与螺旋桨以及桨后舵密切相关。螺旋桨作为当前船舶最主要的推进器为船舶航行提供动力,船桨之间是否匹配对于船舶快速性、经济性有重要影响;桨后舵对于船舶运动稳定性以及运动方向调整有着至关重要的作用。在研究船舶性能时不能仅将目光聚焦在船舶本身,更应考虑船舶、螺旋桨以及舵所构成的整个系统产生的影响。因此深入开展船桨舵全耦合下的船舶性能研究对于当代船舶设计与优化具有重要意义和显著的工程价值。本文基于计算流体力学软件Fine/Marine,以KCS船以及其桨KP505和舵为研究对象,采用实体建模方法,开展了船体阻力计算、螺旋桨敞水性能计算,对船桨耦合下船舶自航运动、船桨舵全耦合下船舶自航运动以及回转运动进行数值模拟。船舶自航运动数值模拟的关键是如何实现船桨舵之间的相互耦合,本文基于FINE/Marine软件随体网格与滑移网格技术,构建了一种新的船桨舵全耦合数值求解模型和方法,计算中船舶的运动并非由给定来流等效替代产生而是直接由船后螺旋桨旋转产生推力引起,与实际情况相一致。在此基础上本文针对不同螺旋桨转速下的船舶自航运动进行实时数值计算,模拟了船舶从启动到稳定自航的整个过程,进而求得相关试验航速下的船舶实效自航点。船舶自航点的CFD预报与相关试验结果比较说明这种船桨舵全耦合数值求解模型和方法可以较为准确地模拟船舶自航运动。同时根据数值计算结果,分析了船舶自航运动中船-桨之间的相互作用以及船-桨-舵之间的相互作用。船舶回转运动研究同样是基于这种船桨舵全耦合数值求解模型和方法,通过改变初始舵角,对船舶转舵后的整个运动过程进行数值模拟。文中针对两种舵角δr=20°及35°下的船舶回转运动开展数值计算,得到了不同舵角下的船舶回转运动特性参数,完成了船舶回转运动轨迹曲线的绘制;通过与吓夫加特-桑海的经验公式计算结果相比较具有良好的一致性,验证了本文所建立的船桨舵全耦合数值求解模型和方法在研究船舶回转运动时的可靠性。本文通过开展船舶自航以及回转性能数值预报研究,建立了船桨舵全耦合数值求解模型和方法,可用于开展船舶在水中复杂运动的数值预报研究,为船舶优化设计提供可靠的分析方法和研究手段。

关键词：船桨舵全耦合数值预报船舶自航船舶回转

螺旋桨脉动压力作用下自航船舶艉部振动数值研究

在线全文

同方学位论文库

学校读者我要写书评

暂无评论

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

在线全文

学校读者我要写书评

暂无评论

用螺旋桨体积力模型数值模拟船舶自航

用螺旋桨体积力模型数值模拟船舶自航

第十六届全国水动力学学术会议暨第三十二届全国水动力学研...

作者：王明哲王建华万德成上海交通大学船海计算水动力学研究中心（CMHL）船舶海洋与建筑工程学院

船模自航试验是分析船体阻力、尾部伴流及船机桨匹配的重要手段,在数值模拟中准确模拟船体与螺旋桨的相互作用是保证数值方法有效性的关键。使用真实螺旋桨模型进行船舶自航模拟的存储成本与时间成本非常高昂,借助体积力模型代替真实螺... 详细信息

船模自航试验是分析船体阻力、尾部伴流及船机桨匹配的重要手段,在数值模拟中准确模拟船体与螺旋桨的相互作用是保证数值方法有效性的关键。使用真实螺旋桨模型进行船舶自航模拟的存储成本与时间成本非常高昂,借助体积力模型代替真实螺旋桨是减小计算资源消耗的一种途径。本研究开发了一种基于致动盘理论的螺旋桨体积力模型,通过与RANS求解器耦合,对标准船模KCS集装箱船进行了设计航速下的自航试验模拟。模拟得到了船舶总阻力系数、螺旋桨推力系数、螺旋桨扭矩系数等自航参数,并给出了船尾区域伴流场的速度分布。将各自航参数与ITTC给出的试验数据进行对比的结果表明各自航参数预报值与试验值的差距在可接受范围内,伴流场速度分布符合预期,证明了体积力模型的可靠性。

关键词：体积力模型船舶自航 KCS集装箱船伴流场分析船舶计算水动力学

来源： cnki会议评论

在线全文

cnki会议

学校读者我要写书评

暂无评论

近岸自航船舶性能及船后桨流固耦合研究

近岸自航船舶性能及船后桨流固耦合研究

作者：钱志鹏重庆交通大学

学位级别：硕士

在规模效益的影响下,船舶主尺度日趋大型化,导致自然河流、人工运河、港口港内等航道衍变成限制性航道,因限制性航道阻塞效应的作用,船舶航行的快速性与操纵性受到极大挑战,所以限制性航道航行船舶快速性和操纵性问题一直是研究学者所... 详细信息

在规模效益的影响下,船舶主尺度日趋大型化,导致自然河流、人工运河、港口港内等航道衍变成限制性航道,因限制性航道阻塞效应的作用,船舶航行的快速性与操纵性受到极大挑战,所以限制性航道航行船舶快速性和操纵性问题一直是研究学者所关注的热点问题。相比于开放水域,限制性航道的船舶周围流场更加复杂多变,船后的螺旋桨在这种复杂的非均匀流场工作,水动力性能会发生改变,同时水流作用会导致螺旋桨的变形,螺旋桨变形又进一步影响自身的水动力性能,这种行为可称为螺旋桨的水弹性行为。显然,相比于敞水中的螺旋桨水弹性行为,船后螺旋桨的水弹性行为更加复杂,因此,有必要将船体与螺旋桨联系起来进行研究。本论文就限制水域内航行船舶的自推进性能和船后螺旋桨的流固耦合特性展开研究。以现代化集装箱船KCS及其配套螺旋桨KP505为研究对象,基于RANS方法和重叠网格技术,利用商业软件STAR-CCM+进行限制水域内船舶自航试验数值模拟。在获得限制水域内船尾伴流场信息的基础上,采用STAR-CCM+中的流固耦合模块进行非均匀流场中的螺旋桨流固耦合数值模拟。首先,以不同水深、船—岸距离、航速作为参数,进行限制水域内船—舵系统拖航试验数值模拟,分析浅水效应和岸壁效应对船舶水动力性能和流场特征的影响。然后,考虑了船模与实船的尺度效应,对船模进行摩擦阻力修正。基于限制水域拖航的初始流场,引入螺旋桨来提供推力,通过变螺旋桨转速来获得实船的自航点,实现限制水域内的船舶自航试验数值模拟。在分析限制水域船舶自航性能过程中,将水深和船—岸距离进行统一,以半船阻塞比作为参数,以此来研究不同航速下的阻塞比对船舶推进性能的影响。同时,着重分析了不同阻塞比下船—桨—舵系统相互作用、船后螺旋桨的激振力和流场特征变化。最后,以获得的限制水域内船后伴流场作为输入场,对非均匀流场中的螺旋桨水弹性行为进行研究,并对比了均匀流场中的螺旋桨水动力性能和结构响应。本文通过数值模拟手段,实现了对限制水域内船舶自航性能预报,研究了限制水域船舶自航性能以及船后桨流固耦合特性的一些基本规律,为人们更好地理解分析限制水域船—桨—舵系统配合以及螺旋桨水弹性行为提供了参考。

关键词：限制水域船舶自航阻塞效应重叠网格流固耦合(FSI)

基于第三代涡识别方法的极地邮轮自航流场中的涡结构分析

在线全文

同方学位论文库

学校读者我要写书评

暂无评论

水动力学研究与进展（A辑） 2023年第4期38卷 505-514页

作者：马云鹏王建华万德成上海交通大学船海计算水动力学研究中心(CMHL)船舶海洋与建筑工程学院上海200240

在船舶航时产生的流场中,涡结构是无处不在的。自2017年兴起的Liutex方法对流体的局部刚体旋转进行了详细阐释,其中包括局部旋转轴和旋转强度,据此,涡量可分解为刚体旋转和纯剪切,可从流体运动中提取出刚体的旋转部分。对于不同的研究对... 详细信息

在船舶航时产生的流场中,涡结构是无处不在的。自2017年兴起的Liutex方法对流体的局部刚体旋转进行了详细阐释,其中包括局部旋转轴和旋转强度,据此,涡量可分解为刚体旋转和纯剪切,可从流体运动中提取出刚体的旋转部分。对于不同的研究对象,第三代涡识别方法Liutex无需调整阈值,此外,ΩR方法还可识别强度不同的涡结构;通过使用Liutex方法,可以较为准确地描述各种涡的重要特征量,如涡核中心、涡流边界及绝对强度等。该文通过使用不同的涡识别方法,分析了极地邮轮自航流场中船体、舵周围以及旋转螺旋桨所产生的涡结构。

关键词：极地邮轮船舶自航船桨舵相互作用涡结构 Liutex

基于RANS-BEM耦合方法的船舶自航模拟研究

在线全文

学校读者我要写书评

暂无评论

基于RANS-BEM耦合方法的船舶自航模拟研究

作者：王旭哈尔滨工程大学

学位级别：硕士

螺旋桨为当前应用最为普遍的推进器。船舶自航时,船与桨之间相互作用会干扰两者各自的性能。船桨之间的相互作用的深入研究对于船舶型线及性能的优化都有十分重要的意义。研究船桨干扰的CFD方法,目前主要有船桨整体建模计算方法以及体... 详细信息

螺旋桨为当前应用最为普遍的推进器。船舶自航时,船与桨之间相互作用会干扰两者各自的性能。船桨之间的相互作用的深入研究对于船舶型线及性能的优化都有十分重要的意义。研究船桨干扰的CFD方法,目前主要有船桨整体建模计算方法以及体积力方法,本文旨在探究基于RANS-BEM耦合的迭代型体积力法,并且对比整体建模法以及描述型体积力法探讨其应用前景。首先通过与试验值对比,验证了裸船体阻力计算以及螺旋桨面元法计算方法,确定船体部分RANS方程的求解与螺旋桨部分BEM代码的可靠性。然后在文中分别应用整体建模方法,描述型体积力法以及RANS-BEM迭代型体积力法这三种方法,对KCS船模的推进性能进行计算;并参考相似原理,应用这三种方法求解的实船自航点,对比分析算得的自航因子,其中RANS-BEM迭代型体积力法优化了迭代机制,采用了一种无需嵌套迭代的新方法,减少了所需的计算步数。结果表明,三种方法都能够保证计算精度。其中整体建模方法有利于流场细节的表达及桨盘面处伴流场的分析,体积力法则在整体性能评估计算效率上有独特的优势。计算结果证明了迭代型体积力法在进行自航模拟的可行性,并且由于螺旋桨计算部分能够减少大量复杂网格,可以应用在模拟实船自航的计算中。

关键词： CFD 船桨干扰船舶自航整体建模方法面元法描述型体积力法迭代型体积力法耦合计算

在线全文

同方学位论文库

学校读者我要写书评

暂无评论

基于滑移网格的带桨水面船自航性能预报研究

舰船科学技术 2016年第9期38卷 42-48页

作者：祝启波王志东凌宏杰庄丽帆江苏科技大学船舶与海洋工程学院江苏镇江212003

应用FINE/Marine软件对KCS船、KP505桨以及考虑自由液面的船桨组合体进行数值计算,并计算其自航性能。利用滑移网格技术和随体网格来实现船桨之间的相互耦合。考虑到原有的自航性能数据处理方法并不代表实际情况,文中借鉴强制自航法的... 详细信息

应用FINE/Marine软件对KCS船、KP505桨以及考虑自由液面的船桨组合体进行数值计算,并计算其自航性能。利用滑移网格技术和随体网格来实现船桨之间的相互耦合。考虑到原有的自航性能数据处理方法并不代表实际情况,文中借鉴强制自航法的概念提出了一种新的船舶自航点求解方法预报船舶自航性能,并与模型试验结果进行比较,吻合良好,其中推力减额系数、伴流分数以及船舶推进效率的计算误差分别为0.5%、2.18%、6.76%。本文研究为预报船舶自航性能提供了一种新的研究手段。

关键词： KCS 数值模拟滑移网格船舶自航

基于势流—黏流耦合计算的船体自航性能CFD研究

在线全文

学校读者我要写书评

暂无评论

基于势流—黏流耦合计算的船体自航性能CFD研究

作者：郑洋上海交通大学

学位级别：硕士

推进器作为船舶航行动力的核心,与船舶的快速性、经济型和安全性等性能因素紧紧相关。螺旋桨是目前应用最为广泛的一种推进器,与船体构成一个完整的系统,桨和船体的相互作用对船舶性能有着多方面的影响。因此,船桨之间的相互作用的深入... 详细信息

推进器作为船舶航行动力的核心,与船舶的快速性、经济型和安全性等性能因素紧紧相关。螺旋桨是目前应用最为广泛的一种推进器,与船体构成一个完整的系统,桨和船体的相互作用对船舶性能有着多方面的影响。因此,船桨之间的相互作用的深入研究,在传统船型的优化设计、新船型开发和船舶航行性能改善等方面将起到重要的作用。具有一定的理论意义和工程实践价值。在流体力学的研究中,常用的方法有理论研究方法、数值计算方法和实验研究方法。理论研究方法,尽管能够普遍、清晰地揭示出流动的内在规律,但其受到理论模型简单且模型数量少的限制,还不能够切实有效地解决实际工程问题。实验研究方法虽然具有能够得到可靠流场信息的显著特点,却常由于相似准则局限的原因,不能够全部满足尺寸限制、边界影响等,并且还需要投入大量的经费。数值计算方法需要较少的经费,并且耗费时间少,计算结果的精度也很高。近年来,随着计算机技术不断地发展和进步,使得计算机在解决计算量大的问题时,在经费支出和时间成本上拥有明显的优势。在此情景下,计算流体动力学(CFD)受到了很多研究学者的青睐,使得其在研究船舶性能方面拥有广阔的前景。船舶的推进性能和自航性能研究中涉及到船桨相互作用的问题。本文应用商用CFD软件FLUENT,使用迭代型体积力模型代替真实螺旋桨在船后的作用,分别对船舶在一定螺旋桨转速下的推进性能和船舶的自航性能进行了数值模拟计算。利用基于升力面法中的涡格法(Vortex Lattice Method,VLM)的螺旋桨势流程序对船后螺旋桨的水动力性能进行计算,使用FLUENT软件中自带的用户自定义功能(User-Defined Function,UDF)将体积力加载到FLUENT中进行黏流计算,在黏流计算收敛后,将船后螺旋桨作用区域的速度场通过UDF输出给势流程序继续计算,这样势流-黏流间相互迭代数次后,直至螺旋桨的性能参数收敛为止。计算结果表明,采用迭代型体积力模型代替螺旋桨的作用,能够在较短的时间内准确地完成船舶性能的预报工作。

关键词： CFD 船桨干扰船舶自航升力面法迭代型体积力模型耦合计算