水动力性能

摘要： 为探寻不同湍流模型对直航潜艇阻力和流场仿真计算的影响,基于STAR-CCM+平台,以标准潜艇模型Sub-off为几何研究对象,采用有限体积法结合10种湍流模型对Sub-off的水动力及流场特征开展数值仿真研究.首先,以LES-Smagorinsky湍流模型开展网格及时间步长收敛性计算.其次,选定合适的网格方案和时间步长,结合10种湍流模型开展特定工况下的仿真计算.最后,利用甄选好的湍流模型分析Sub-off的流场特征.结果表明:10种湍流模型在潜艇的水动力性能及流场特征的预报方面存在较大差异,LES-Smagorinsky湍流模型不仅能较好地预报潜艇的水动力性能及流场平均量,还能准确预报流场的二次量.

摘要： 文章研究了3种不同外形(圆、椭圆和椭圆-圆)波浪能发电装置的纵摇运动,通过ANSYS AQWA对3种外形装置进行了频域仿真,对比了3种外形装置的辐射阻尼、附加质量和波浪激励力等水动力系数;再将频域分析中得到的水动力系数导入WEC-SIM,进行了时域仿真,对比了3种外形装置的摆角和瞬时功率。研究结果表明,尽管椭圆形装置的辐射阻尼、附加质量和波浪激励力矩等水动力系数最大,但椭圆-圆形装置的摆角和瞬时功率最大,说明了不对称结构更有利于波浪能量的吸收和转化。

摘要： 集成电机泵喷推进器在水下工作时,由于压差,当水流流过间隙流道时,会在间隙中产生摩擦功耗。为了更加准确地了解集成电机泵喷推进器的水动力性能,首先对轮缘摩擦扭矩的影响因素进行分析,确定不同影响因素的几何参数对轮缘摩擦扭矩的影响规律,计算结果与经验值吻合良好。基于此,分析有无间隙流动对推进器敞水性能的影响情况,进而分析在间隙流动状态下,不同间隙参数对推进器敞水性能的影响规律。结果表明,可通过减小轴向间隙等方法达到降低轮缘的摩擦扭矩,有无间隙流动时效率都随着转速的增加先减小再增大,有间隙模型时的效率总是大于无间隙模型。

摘要： [目的]研究喷水推进器进口流道主参数对其性能的影响,为喷水推进器设计提供依据。[方法]基于STAR-CCM+商业软件,通过定常雷诺平均NS方程(RANS),数值模拟分析不同进速比(IVR)工况下喷水推进器进口流道轴线高度和进流角度对其水动力性能的影响,并根据国际拖曳水池会议(ITTC)的不确定度分析规程进行数值不确定度分析。采用六面体结构化网格对计算域进行离散,采用Realizable k-ε两层湍流模型对控制方程进行封闭,离散格式为二阶。压力-速度耦合计算选用压力耦合方程组的半隐式算法(SIMPLE)。[结果]结果显示,数值的不确定度小于4%,表明所采用的网格收敛性良好,数值结果可靠。[结论]研究表明,当IVR=0.7~1.1时,进口流道效率较高;对于IVR较大的工况,应减小进流角;对于IVR较小的工况,则应适当增加轴线高度,以改善出口流动的不均匀度。

摘要： 在面对不同海域的海底环境,不同海底地质的情况下,自升式风电安装船需要安装不同的桩腿,来为海洋作业提供稳定的工作平台。本文对自升式风电设备安装船的桩腿分布进行优化设计,为其桩腿布置型式提供了一种新思路,在选择合适的桩腿截面形状的基础上,用两种布置型式进行试验与对比,对相关研究具有参考价值。

摘要： [目的]基于数值模拟方法研究螺旋桨几何参数对其正倒车水动力性能的影响规律。[方法]以某33000 DWT成品油轮为应用对象,采用RANS方法并结合Realiazable k-ε湍流模型,对与其相匹配的1个图谱桨与3个理论桨在正车前进和倒车后退工况下的水动力性能进行数值仿真,讨论升力分配系数、螺距与拱度组合方式对螺旋桨正倒车水动力性能的影响规律。[结果]结果表明:在正车前进和倒车后退工况下,桨叶剖面螺距对剖面升力的贡献始终为正,拱度的贡献则体现为正负交替,螺旋桨设计时适当增加拱度减小螺距有利于提升其正车前进工况下的敞水效率,反之,采用大螺距小拱度则有利于增大倒车推力。[结论]基于研究结果给出了螺旋桨设计中兼顾考虑其正车和倒车性能的若干建议。

摘要： [目的]直翼推进器是一种特种推进器,其借助从船舶底部伸出并围绕垂直轴往复式摆动的桨叶产生精准且无级可调的推力,有必要研究敞水和伴流条件下直翼推进器的水动力性能。[方法]首先,通过分析直翼推进器的工作原理,推导出叶片的多重运动规律公式;然后,基于RANS方程和k-ε湍流模型,采用滑移网格技术计算直翼推进器的敞水性能;最后,与试验值进行比较,验证直翼推进器水动力性能预报方法的准确性,并在考虑船体伴流影响的情况下,研究直翼推进器的非定常水动力性能。[结果]由整桨瞬时载荷和单桨叶瞬时载荷变化规律的分析,显示叶片瞬时载荷存在明显的叶频特征,且随着进速系数的减小,桨叶主推力和转矩的波动幅值增大;船体伴流对直翼推进器主推力和转矩的影响较小,但侧向力变化显著。[结论]研究结果对于分析直翼推进器的桨叶强度以及叶型优化具有借鉴意义。

摘要： 为探讨不同地形特征对单浮子集成装置水动力特性的影响,本文基于黏性计算流体动力学理论,应用Star-CCM+软件建立二维数值波浪水槽,研究了规则波作用下受不同地形影响的单浮子式防波堤与波能转换装置集成系统的水动力性能。结果表明:在低频区,不同地形下单浮子集成系统的波能转换效率均大于无地形影响下单浮子集成系统的波能转换效率;在高频区,浮子无法及时响应高频波,浮子与波浪异向运动,对于大部分情况,不同地形下集成装置的波能转换效率和透反射系数均小于无地形影响下集成系统的相应参数。地形坡度、宽度和高度对单浮子集成装置水动力性能影响不显著。

摘要： 与传统层合复合材料结构相比,夹芯复合材料结构轻质、高强,结构可设计性强,可实现多材料和多功能的一体化集成。本文基于螺旋桨结构水动力边界条件,以INSEAN E779A螺旋桨为研究对象,采用双向流固耦合仿真方法研究夹芯结构螺旋桨的水动力性能和结构响应特性,并与金属材料螺旋桨、传统层合结构螺旋桨进行对比,分析不同夹芯构型与螺旋桨水动力性能的关联性。结果表明:在中高进速系数条件下,螺旋桨结构形式对推进效率的影响较大,夹芯复合材料螺旋桨在实现轻量化的同时,其推进效率要优于同工况下的层合复合材料螺旋桨与金属螺旋桨;在中低进速系数条件下,夹芯复合材料螺旋桨的水动力性能与夹芯构型有着重要联系,随着夹芯体积比的减小,整体质量变大但推进效率得到一定提升。

摘要： 基于iSIGHT优化设计平台,结合SHIPFLOW软件,以最小兴波阻力为目标,构建了一种基于阻力最优的的球首线型优化方法。该方法集成了船型变换方法、阻力评估及优化算法。通过对某内河集装箱船球鼻首区域开展优化,使兴波阻力明显下降,总阻力也随之降低。研究表明,本文的方法适用性较强,对船型设计具有一定的实用价值,在基于CFD的船首线型优化方面具有广阔的应用前景。

摘要： 本文基于MATLAB平台,以商业黏流软件为核心,集成UG的几何建模功能开发了一套螺旋桨水动力预报自动化程序.以DTMB4119桨为例,介绍了自动化程序的工作流程,并应用该自动化程序对6个螺旋桨的水动力性能进行了数值预报,且与试验结果进行了对比分析,分析结果表明除新剖面桨外,CFD推力扭矩计算值普遍小于试验值,推力和扭矩系数计算误差值总体在5％以内,可满足螺旋桨设计过程中的评估精度要求.

摘要： 与常规螺旋桨相比,泵喷推进器有着优秀的推进效率,世界各个海军强国逐渐增加对泵喷推进器研究的重视.本文对泵喷推进器的水动力性能进行研究,根据推进器结构特点,采用旋转周期对称网格和分块结构化网格相结合的网格划分方式,建立适用于大涡模拟方法的计算模型,结合滑移网格计算推进器的非定常水动力性能.通过与参考文献结果的对比,验证本文计算方法的可靠性.基于以上研究工作,计算了泵喷推进器不同部分对水动力性能的贡献程度,观察推进器尾涡强度变化和转子导管间的梢隙流动,对不同导管参数下推进器的受力、压力脉动和流场分布进行分析.研究结果显示,泵喷推进器工作时产生了复杂的涡量场,其中叶梢梢涡附着在导管内壁,形成了较强的导管尾涡.结合推进器不同部分的受力分析可知,导管对推进器水动力性能影响要大于定子.另外,随着导管长度的增加,导管对推进器内部流场的影响增强,使推进器效率下降,因此在设计允许的范围内,减少导管长度有利于提高推进性能.

摘要： 泵喷推进器具有辐射噪声低、临界航速高的优势,在舰船低噪声推进领域受到了广泛的关注.准确预报泵喷推进器的水动力性能,是开展设计的重要基础.本文通过求解雷诺平均的Navier-Stokes(RANS)方程,对模型尺度的泵喷推进器进行准定常计算,应用第二十八届国际拖曳水池会议推荐的方法对计算结果进行数值不确定度分析,并将计算结果与上海交通大学空泡水筒的模型试验结果进行了对比.采用SST k-ω两方程模型来模拟湍流,以及全y+壁面处理来模拟近壁面流动.采用三组相同网格细化比的网格进行准定常计算并进行不确定度分析.计算结果产生了单调收敛的趋势,因此采用安全系数法计算数值不确定度.验证得到的数值不确定度在3％以下,与实验数据的比较误差不超过5.7％.

摘要： 以DTMB-4381桨为对象,利用重叠网格方法,对块状冰的大小、位置及运动对螺旋桨水动力性能的影响进行了非定常RANS数值模拟.采用切割体网格和棱柱层网格,分别生成整个计算域的背景网格以及螺旋桨计算域和块状冰计算域的重叠网格,在计算过程中,背景网格区域与重叠网格区域通过两者的边界面进行数据交换.首先利用控制变量法,研究固定冰块参数对螺旋桨水动力性能的影响,数值模拟结果表明,在固定冰块的影响下,螺旋桨推力和扭矩以叶频周期性变化,其时间平均值主要与冰块在桨盘面内的投影面积、冰桨轴向距离及冰块水平位置有关;然后研究运动冰块对螺旋桨水动力性能的影响,数值模拟结果表明,在冰块沿轴向接近螺旋桨的过程中,推力和扭矩呈振荡式上升,且振荡频率和叶频相同.分析认为,这一现象是由冰桨轴向距离的逐渐减小以及冰块与桨叶周向相对位置的周期性变化两者共同作用造成的.

摘要： 受座头鲸带有前缘凸起鳍的启发,将凹凸结节应用于桨叶导边,试图改善导管桨在系柱及小进速系数工况下的水动力和空泡性能.运用建模软件和自编程序,以19A导管+Ka4-70螺旋桨作为原型桨,重点进行内凹设计:通过改变特定位置剖面弦长,设计出带有凹凸形导边的仿生导管螺旋桨.运用商业CFD软件开展其水动力性能与流动的模拟与分析,建立仿生导管桨性能分析的CFD数值仿真预报方法.开展了导边凹凸结构的变参数计算研究,选择效率提高最多的仿生桨进行了流场分析.基于CFD计算结果,初步发现:(1)导边凹凸结节的内凹程度越大,桨叶推力和扭矩相比原型桨降低越多,一定范围内效率提升越明显,但是叶梢附近导边布置凹凸结节不利于提高推进效率.(2)凹谷处切面的桨叶推力会有所提高以补偿因桨叶表面积减少造成的推力损失.

摘要： 对转舵桨具有良好的操纵性能和较高的推进效率,在渡轮、拖轮以及海洋平台上都具有广阔的应用前景.本文基于OpenFOAM软件平台,采用滑移网格方法结合IDDES模型,对对转舵桨在直航及舵角工况下的水动力性能进行数值计算.对比舵桨单元力系数的计算值与试验值,误差在5％以内,证明了数值方法的准确性.得到对转舵桨各水动力系数随进速系数和舵角变化规律.

摘要： 叶环电驱桨是永磁无刷直流电机与导管螺旋桨相结合的新型集成电机推进器,由于电机定子和叶环转子需安装在导管中,使导管径向尺寸变大,为了保证叶环电驱桨的整体性能,本文将对不同导管形状进行研究.该叶环电驱桨使用Ka4-50螺旋桨,对4种不同导管情况下进行水动力数值模拟.使用软件ANSYS-CFX进行螺旋桨周围黏性流场的定常计算.计算得出了不同导管形状下电驱桨性能曲线.结果表明,19A导管下的叶环电驱桨敞水效率最高;case1型导管下的叶环电驱桨推力特性最好.对性能分组对比发现,导管前缘形状对桨叶推力特性影响较大,尾缘形状对导管推力特性影响较大.导管尾缘形状是叶环电驱桨水动力性能的主要影响因素,尾缘上部曲线下垂线型能提升叶环电驱桨水动力性能.

摘要： 本文采用数值方法研究了自适应攻角摆翼在不同水平摆幅、摆动频率下的推力、效率特性,并对流场特征进行了分析.采用二维平板水翼,并在水翼前缘位置施加一个弹性力来模拟弹簧以实现自适应攻角.对不同水平摆幅情况下的分析发现,水平摆幅越大,峰值效率越高,最高可达76.89％.对不同摆动频率情况下的分析发现,随着水翼摆动频率的增加,峰值推进效率也在增加.对比水翼不同水平摆幅下峰值效率和较低效率工作点的涡量场发现,水翼推进效率与其尾涡形状以及尾涡集散特性有关,尾迹涡越分散且形状越狭长,水翼的推进效率就越高.

摘要： 基于势流理论,建立了浮式风机平台—波浪能浮子的混合系统耦合运动频域数值模型,其中浮子与平台之间通过能量输出系统(power take off(PTO))连接.采用高阶边界元方法计算耦合水动力系数,并对浮子辐射阻尼进行黏性修正;根据某一典型海况,对柱形波能装置的尺寸及布置方式进行优化设计;考虑最优PTO阻尼,研究不同设计的混合系统发电功率及功率体积比的变化规律.结果表明:势流无黏性修正结果与黏性修正后的结果在共振频率处差别较大,且随着圆柱直径吃水比的减小而增加,证明了黏性对垂荡式波浪能浮子的重要性;整个混合系统的最优发电功率随着圆柱形波浪能浮子直径吃水比的增大而增大,而功率体积比差别较小.

摘要： 三维水弹性理论是评估船体结构性能和水动力性能的重要理论,尤其在结构的载荷特性、疲劳特性、结构强度等的评估方面起到了重要的作用.但目前国内尚未形成一款性能优良、界面友好、被用户广泛接受的三维水弹性力学分析软件.中国船舶科学研究中心和中国船级社通过战略合作,将现有的、国际领先的三维水弹性程序源代码进行包装,开发了COMPASS-THAFTS软件,该软件集成了频域、时域计算模块.本文对该软件的频域模块进行了简单的介绍,并给出了一个应用测试算例.

摘要： 本发明公开了一种水动力提升方法，包括S1、若水动力提升需求为提高水动力弱区域边缘部分的水动力，则在水动力弱区域边缘部分间隔放置若干水泵射流推流器；S2、若水动力提升需求为提高水动力弱区域中心部分的水动力，则在水动力弱区域中心放置竖轴推流器；S3、若水动力提升需求为兼具娱乐功能和水动力提升功能，则在水动力弱区域中心放置悬浮造浪器。本发明还公开了两种所述方法的性能测试方法，一种是采用物理缩小模型，一种是采用数学建模进行数值模拟。本发明的水动力提升方法可以实现多目的的水动力提升，所采用的测试方法也精确的量化了方法运行后水动力弱区的改善效果，为科学、经济地运行水动力装置，改善河道水动力条件提供决策依据。

摘要： 本发明公开了一种基于竖轴推流的水动力提升装置，包括支架、电机、推流板和竖轴，所述电机固定在所述支架上，所述电机连接所述竖轴的一端，所述竖轴的另一端与所述推流板固定在一起，所述推流板为矩形，长度为水动力弱区域最大半径的1/15到1/3。本发明还公开了两种所述水动力提升装置的性能测试方法，一种是采用物理缩小模型，一种是采用数学建模进行数值模拟。本发明的水动力提升装置实现了一定区域内的水动力提升，所采用的测试方法也精确的量化了装置运行后水动力弱区的改善效果，为科学、经济地运行水动力装置，改善河道水动力条件提供决策依据。

摘要： 一种直翼推进器单叶片复合运动水动力性能试验装置，涉及实验设备领域。直翼推进器单叶片复合运动水动力性能试验装置包括变频电机及起连接的中间轴，中间轴上套设有固定盘、第一偏心座、第二偏心座、石墨铜套、固定座、偏心套、十字滑块及公转轮，第一偏心座和第二偏心座分别可沿中间轴径向移动地连接于第二偏心座和固定座，石墨铜套与第二偏心座和偏心套连接，十字滑块与偏心套和公转轮周向固定连接，公转轮连接有可旋转的转轴，转轴连接有力矩传感器及叶片，偏心套和转轴之间连接有用于在偏心套偏心移动时带动转轴往复转动的传动组件。直翼推进器单叶片复合运动水动力性能试验装置简化了叶片运动机构的复杂程度，降低了性能试验的难度。

摘要： 本发明涉及一种船舶水动力性能的模拟体验系统，包括：虚拟仿真试验平台、VR设备和信息处理设备；信息处理设备用于接收用户输入的用于VR体验的船舶相关信息，获取船舶的运行参数；虚拟仿真试验平台用于根据信息处理设备输出的运行参数，对海洋环境和船舶运动模型进行协同仿真，获取船舶的运动状态参数；VR设备，用于承载体验者并接收虚拟仿真试验平台输出的运动状态参数调整承载装置，以实现沉浸式体验船舶的航行。本实施例的系统利用计算机仿真技术模拟船舶在不同海洋环境中的航行姿态，并结合虚拟现实技术从视觉角度营造一个逼真的船舶航行环境，便于体验者进行体验。

摘要： 本发明提供一种用于流体力学水动力性能研究的单扑翼实验装置，包括机架、两直线滑台、直线轨道、舵机、扑翼、电机和摄像头；两直线滑台平行固定于机架顶部的两侧；直线轨道的两端可沿直线滑台长度方向滑动地连接于两直线滑台上，电机与直线轨道传动连接；扑翼通过舵机固定于直线轨道的下方；摄像头固定于机架的中心的正上方；舵机、电机和摄像头连接一控制器。本发明的一种用于流体力学水动力性能研究的单扑翼实验装置，可实现自动复位功能，有效提升了工作效率；设置了消波滩以消除波浪反射影响；通过摄像头和控制器的配合，可实时监控报道单扑翼在各个时间点的具体位置，可提供扑翼滑行时多种运行轨迹下的具体数据。

摘要： 本发明涉及一种前置悬臂式高速艇水动力性能试验装置，包括水池轨道，所述水池轨道上安装拖车本体，所述拖车本体的端部设置有拖车前端横梁，拖车前端横梁的外侧固定有前置悬臂支架，所述前置悬臂支架上安装有二自由度适航装置和滚动式导航装置，所述二自由度适航装置和滚动式导航装置，所述二自由度适航装置和滚动式导航装置与水面上的试验模型对应。本发明的试验模型安装在试验用拖车的前端，采用前置悬臂结构，拖车在高速航行试验时所关注的局部绕流场对试验模型前方的气流场影响大大减少，有效提高了高速试验数据的精准度。

摘要： 本发明公开了一种储液罐水动力性能数字孪生评估系统，包括基于实物数据采集模块、相似物理模型测试模块以及储液罐数值模拟模块组成的数字孪生模型模块、水动力性能计算模块、数据采集与交互模块以及性能评估与诊断预测模块，所述的数字孪生模型模块、水动力性能计算模块、数据采集与交互模块以及性能评估与诊断预测模块依次链接，且数据采集与交互模块还与孪生模型模块链接。本发明还公开了一种储液罐水动力性能数字孪生评估方法。本发明有效提高利用数字孪生方法对储罐水动力性能计算的准确性，丰富了水动力性能评估系统的功能。

摘要： 本发明提供的是一种四自由度水动力性能试验测试装置，主要包括力传感器、直线导轨、基座、减轻版、垂杆、十字轴、惯性单元。通过十字轴和惯性单元可以精确测量结构物的横摇，通过十字轴固定块可以锁定横摇自由度。通过垂杆、十字杆和惯性单元精准测量结构物的纵摇，通过垂杆固定座锁定这一自由度。通过水平导轨、固定减轻板和惯性单元可以精确测量结构物的纵荡，通过纵荡固定块锁定纵荡这一自由度。通过升沉导轨、固定减轻板和惯性单元可以精确测量结构物的垂荡，通过升沉固定块锁定垂荡这一自由度。本发明结构紧凑，易于加工制造和使用安装，应用于循环水槽或拖曳水池的海洋结构物水动力性能测量实验中，测量结构物的各微小惯性量和阻尼。

摘要： 本实用新型涉及一种水动力性能优越的船用推进器限流导管，包括导管和盖板调节机构，导管的顶部固定安装有连杆，所述导管的外侧转动连接有第一转接杆，所述第一转接杆的外端固定安装有密封盖板，所述连杆的外侧转动连接有第二转接杆，所述第二转接杆的外端固定安装有第一连接齿轮。该水动力性能优越的船用推进器限流导管，通过设置盖板调节机构，当使用者在使用时，流动水可以从导管的后侧流至导管的内部也可以通过侧导流罩流至导管的内部，当使用者需要降低液流量时，使用者可以调节电动伸缩杆收缩，通过密封侧导流罩降低了液流量，从而使该结构具备方便使用者调节液流量的优点，方便了使用者使用。

摘要： 本实用新型涉及法兰盘技术领域，且公开了一种调距桨用高效水动力性能轻量化叶根法兰盘，包括法兰盘，所述法兰盘上开设有安装孔，法兰盘上设置有连接管道，法兰盘靠近连接管道的一侧开设有移动槽，法兰盘的内部固定连接有内壁管，内壁管的表面上固定连接有橡胶垫，连接管道设置在内壁管上。该调距桨用高效水动力性能轻量化叶根法兰盘，提高锁紧板对连接管道的锁紧效果，避免锁紧板出现随意移动的现象，因此确保锁紧效果，进而不在需要传统的使用焊接的方式对连接管道与法兰盘之间进行固定，因此可以有效的避免焊接点容易断裂和存在缝隙的现象，进而确保连接管道的正常使用，同时减少了焊接所产生的繁琐步骤，提高安装效率。