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艏部构型对内倾船型运动响应和上浪砰击压力的影响研究

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船舶力学 2024年第7期28卷 995-1007页

作者：周辉胡开业毛丽君哈尔滨工程大学船舶工程学院哈尔滨150001

内倾船型的艏部构型对船舶在波浪中的运动和上浪载荷特性具有一定的影响。本文基于艏柱倾斜角度选取了倾角为30°、45°和60°的三种艏部构型方案,采用中国数值水池-直角网格有限差分方法(CNTCGFDM),研究了在不同的艏部构型方案下内倾... 详细信息

内倾船型的艏部构型对船舶在波浪中的运动和上浪载荷特性具有一定的影响。本文基于艏柱倾斜角度选取了倾角为30°、45°和60°的三种艏部构型方案,采用中国数值水池-直角网格有限差分方法(CNTCGFDM),研究了在不同的艏部构型方案下内倾船型在规则波中的运动响应以及甲板上浪载荷特性。其中物体边界及运动的模拟采用浸没边界法来实现,并利用THINC/SW方法来捕捉自由液面。选取艏柱倾角为45°和60°的船型进行模型试验研究,与试验值相比,本文的数值模拟结果吻合良好。结果表明:艏部构型对内倾船型在规则波中的运动响应总体上影响较小,只在某些海况下表现出一定的局部差异,但对内倾船型的上浪砰击载荷则有一定的影响,相较于倾角为30°和60°的构型方案,艏柱倾角为45°的内倾船型在甲板上浪中的载荷性能更加优异。

关键词：内倾船型艏柱倾角直角网格浸没边界法 THINC/SW方法

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基于机器学习的二维流体VOF方法

中国造船 2024年第3期65卷 244-253页

作者：孟巍梅桂林哈尔滨工程大学船舶工程学院哈尔滨150001

以网格顶点和网格中心的流体体积分数为输入,利用深度学习神经网络(DNN)进行两相界面的快速几何重构,改进了一种几何VOF方法——isoAdvector算法。在原始isoAdvector算法生成训练集并进行预处理的基础上,通过神经网络隐藏层中神经元个... 详细信息

以网格顶点和网格中心的流体体积分数为输入,利用深度学习神经网络(DNN)进行两相界面的快速几何重构,改进了一种几何VOF方法——isoAdvector算法。在原始isoAdvector算法生成训练集并进行预处理的基础上,通过神经网络隐藏层中神经元个数和激活函数对预测结果的影响来确定适当的神经网络;并根据质量守恒修正神经网络预测结果,完成两相界面的几何重构。在OpenFOAM框架下,嵌入神经网络修正改进后的isoAdvector算法。二维溃坝数值模拟结果表明:改进算法与原始算法计算精度相当,计算效率有所提升。

关键词：自由液面捕捉几何VOF方法深度神经网络 isoAdvector算法 OpenFOAM

基于2D+t势流方法的滑行艇静水姿态预报研究

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华中科技大学学报（自然科学版） 2024年第4期52卷 71-75页

作者：邵文勃马山张益凡哈尔滨工程大学船舶工程学院黑龙江哈尔滨150001

为了预报滑行艇在静水中的运动姿态及垂向力分布情况,采用2D+t势流方法,将滑行艇直航问题转化为二维剖面入水砰击问题,建立滑行艇静水运动姿态的时域预报模型.对滑行艇剖面入水砰击载荷采用MLM(改进Logvinovich模型)砰击模型进行计算,... 详细信息

为了预报滑行艇在静水中的运动姿态及垂向力分布情况,采用2D+t势流方法,将滑行艇直航问题转化为二维剖面入水砰击问题,建立滑行艇静水运动姿态的时域预报模型.对滑行艇剖面入水砰击载荷采用MLM(改进Logvinovich模型)砰击模型进行计算,并针对2D+t理论对滑行艇静压力及首尾部水动力三维效应预报的不足之处进行了改进.针对滑行艇约束模,改进2D+t方法得到的垂向力沿船长方向分布情况能够与三维黏流CFD(计算流体力学)结果符合较好;针对自由模,改进2D+t方法得到的运动姿态能够与模型试验结果符合较好,证明了改进2D+t方法对滑行艇在静水中的水动力问题具有较好的预报精度.

关键词：滑行艇 2D+t方法 MLM砰击模型静水姿态势流理论

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集装箱船上层建筑气动干扰特性与风阻优化

哈尔滨工程大学学报 2024年第4期45卷 651-658页

作者：孙华伟常文田李宏伟孙寒冰哈尔滨工程大学船舶工程学院黑龙江哈尔滨150001

为优化具有多个尺寸巨大的上层建筑物集装箱船的风阻,本文以某20000TEU超大型集装箱船上层建筑为研究对象,开展风载荷和PIV流场测量风洞模型试验。根据得到的风阻与流场干扰特性,采用数值模拟对主体建筑纵向间距和局部构型进行优化布置... 详细信息

为优化具有多个尺寸巨大的上层建筑物集装箱船的风阻,本文以某20000TEU超大型集装箱船上层建筑为研究对象,开展风载荷和PIV流场测量风洞模型试验。根据得到的风阻与流场干扰特性,采用数值模拟对主体建筑纵向间距和局部构型进行优化布置,并通过风洞试验对优化结果进行验证。研究结果表明:主体建筑纵向间距是影响集装箱船风阻和甲板上方绕流场气动干扰的主要因素,合理调整上层建筑物纵向间距同时对建筑物棱角边缘倒圆角处理可以得到风阻性能更优的布置方案,经风洞试验验证,优化方案较初始方案风阻降低47.19%,具有较大优化空间,可为超大型集装箱船总布置设计提供参考。

关键词：超大型集装箱船上层建筑风阻流场特性气动干扰风洞试验粒子图像测速数值模拟

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四桨船舶尾流场特性数值预报研究

船舶力学 2024年第8期28卷 1187-1199页

作者：李想贾伟梁宁海南大学海洋科学与工程学院海口570228 哈尔滨工程大学船舶工程学院哈尔滨150001

四桨船尾部附体的复杂性及内外桨空间布置位置的差异性会导致内外桨载荷分配不均衡。针对上述问题,本文采用CFD方法对四桨船舶的粘性尾流场进行数值模拟研究,从船体周围流场分布、湍流特性等方面详细分析内外桨盘面伴流场差异产生的原因... 详细信息

四桨船尾部附体的复杂性及内外桨空间布置位置的差异性会导致内外桨载荷分配不均衡。针对上述问题,本文采用CFD方法对四桨船舶的粘性尾流场进行数值模拟研究,从船体周围流场分布、湍流特性等方面详细分析内外桨盘面伴流场差异产生的原因,并与试验结果进行对比分析。研究结果表明,内桨处于船尾湍流区中,受船体边界层影响更甚,这使得内桨桨盘面轴向速度小于外桨盘面,进而导致内外桨负荷分配不均匀;外桨盘面流动为船体边界层流动及湍流尾流区的混合流动,这使得外桨伴流场更不均匀。上述研究可为四桨船舶设计及尾部布局优化提供基础和支撑。

关键词：四桨船舶尾流场边界层流动流场均匀度数值模拟

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带气囊结构航行体入水回收动力学特性研究

力学学报 2024年第4期56卷 943-959页

作者：职明洋燕国军孙龙泉王鹏霄哈尔滨工程大学船舶工程学院哈尔滨150001 北京宇航系统工程研究所北京100076

针对大尺度模型入水航行体的回收问题,为避免结构入水下落产生的过大入水深度对发射平台的安全造成威胁,并提升模型航行体的回收效率.文章设计了一种带气囊的航行体结构,认为气囊自空中释放并与航行体同步入水,经上浮后确保结构回收,并... 详细信息

针对大尺度模型入水航行体的回收问题,为避免结构入水下落产生的过大入水深度对发射平台的安全造成威胁,并提升模型航行体的回收效率.文章设计了一种带气囊的航行体结构,认为气囊自空中释放并与航行体同步入水,经上浮后确保结构回收,并给出了模型具体的设计参数.同时基于耦合欧拉-拉格朗日(CEL)算法建立了带气囊结构入水回收的数值计算模型,结合相关球体入水以及AUV头段入水试验结果,验证了数值方法的有效性并选取了本模型的无关性网格尺度.在此基础上,开展了不同气囊体积下航行体垂直入水回收的计算,选取了该结构对应的最佳气囊体积.随后,针对不同入水参数(入水速度、攻角以及气囊固定位置)进行了带气囊结构航行体入水回收过程的对比分析.研究结果表明,气囊体积对回收效率的提升具有正相关作用,且在体积的选取中应兼顾回收效率与气囊内压响应;入水速度的增加诱导系统运动规模同步增加,不利于回收的进行;入水攻角以及气囊固定位置的不同造成不同阶段航行体偏转运动的差异,气囊固定在航行体中部且较大的入水攻角有利于航行体模型的入水回收.

关键词：航行体回收结构入水气囊姿态偏转耦合欧拉-拉格朗日方法

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冰阻塞环境对螺旋桨水动力和空泡影响试验研究

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船舶力学 2024年第1期28卷 81-91页

作者：韩康王超叶礼裕武珅熊伟鹏哈尔滨工程大学船舶工程学院哈尔滨150001 中国船舶科学研究中心江苏无锡214082

为了探究阻塞环境对冰区桨水动力和空泡特性的影响,辅助冰区螺旋桨的优化设计,本文在大型循环水槽中搭建冰阻塞环境下螺旋桨水动力性能和空泡特性的测试平台,测量和观察常压和减压状态下不同冰桨阻塞参数时螺旋桨及单桨叶的水动力载荷... 详细信息

为了探究阻塞环境对冰区桨水动力和空泡特性的影响,辅助冰区螺旋桨的优化设计,本文在大型循环水槽中搭建冰阻塞环境下螺旋桨水动力性能和空泡特性的测试平台,测量和观察常压和减压状态下不同冰桨阻塞参数时螺旋桨及单桨叶的水动力载荷和空泡形态。试验结果表明:冰阻塞条件下的螺旋桨水动力性能是由冰桨阻塞参数、空泡环境和螺旋桨运行工况综合作用的结果,在冰块阻塞效应和邻近效应、螺旋桨抽吸作用、冰块周围回流区以及“皮鲁埃特效应”综合影响作用下冰块和螺旋桨之间会诱发连体涡空泡并导致螺旋桨水动力性能剧烈波动。

关键词：冰区桨水动力性能冰阻塞空泡

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小水深下浮式风机系泊系统配件特性研究

船舶力学 2024年第7期28卷 1051-1062页

作者：郑兴张天胤胡振红马刚哈尔滨工程大学船舶工程学院哈尔滨150001 哈尔滨工程大学烟台研究院山东烟台264006

海上风能资源远超陆地,而我国海域随着离岸距离增加,大陆架水深增加幅度减缓,针对此特点,如何优化设计适应我国海域水深条件的系泊系统是目前发展浮式风机遇到的重大难题之一。本文以5MW-OC4半潜式浮式风机作为研究对象,浮式风机采用悬... 详细信息

海上风能资源远超陆地,而我国海域随着离岸距离增加,大陆架水深增加幅度减缓,针对此特点,如何优化设计适应我国海域水深条件的系泊系统是目前发展浮式风机遇到的重大难题之一。本文以5MW-OC4半潜式浮式风机作为研究对象,浮式风机采用悬链线式系泊方式,使用SESAM软件在渤海某海域40 m水深下对浮式风机进行频域和时域计算。系泊配件在单独和组合使用时分别进行参数敏感性分析,再将浮筒和配重块组合使用对系泊系统进行优化。研究结果表明:浅水条件下,系泊配件组合使用和单独使用时改变相同系泊参数对浮式风机整体响应影响规律相同,但组合使用时改变系泊参数对系泊系统性能优化的效果要更明显,组合使用时更改配重块位置参数时均值的优化差值能达到15.7%,而纵荡、纵摇以及张力响应的优化差值基本都在10%以内,因此选择合理的配件组合方式可以显著改变浮式系统的整体特性并影响系统的安全性和成本。

关键词：浮式风机浅水敏感性分析系泊配件

基于EFEM和气泡统一方程的双气泡耦合效应研究

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应用数学和力学 2024年第7期45卷 835-849页

作者：许流逸李世民王诗平刘云龙张阿漫哈尔滨工程大学船舶工程学院哈尔滨150001

基于Euler有限元方法(EFEM),建立了双气泡水下脉动轴对称数值模型,通过与气泡统一方程和实验结果的对比,该模型的准确性和网格的收敛性得到了充分验证.计算结果表明,相比其他气泡理论,气泡统一方程对气泡动力学行为和流场中压力载荷的... 详细信息

基于Euler有限元方法(EFEM),建立了双气泡水下脉动轴对称数值模型,通过与气泡统一方程和实验结果的对比,该模型的准确性和网格的收敛性得到了充分验证.计算结果表明,相比其他气泡理论,气泡统一方程对气泡动力学行为和流场中压力载荷的预测更为准确.结合EFEM和气泡统一方程,研究了浮力参数δ和强度参数ε对双气泡耦合规律的影响.当δ≤0.15时,上气泡在下气泡的作用下会产生垂直向下的射流,此时下气泡边界与固壁边界相似;而当δ增大至0.2时,下气泡对上气泡的影响减弱,浮力效应占据主导地位,上气泡的射流方向垂直向上.ε对气泡间的耦合作用未造成明显影响,但当ε≥150时,其对气泡射流速度的作用会明显减弱.

关键词：气泡动力学 EFEM 气泡统一方程气泡耦合