基于CFD的船型优化设计研究进展综述

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基于cfd的散货船船体型线自动优化

船型优化平台主要由四部分构成，即船型参数化变形模块、静水力计算模块、ＣＦＤ计算模块、优化模块。本文重点介绍了基于ＣＦＤ船型优化平台的模块构成，并基于此平台，完成了对某条隐形球鼻艏散货船的优化并获得了新船型。
收稿日期：２０１８１２２２基金项目：自主创新本科生项目基金研究项目（２０１８Ｊ７Ｂ１０７）作者简介：赵无忧（１９９９—），女，本科，从事船型优化研究；郭啸轩（１９９８—），女，本科，从事船型优化研究；束永昊（１９９８—），男，本科，从事船型优化研究；常海超（１９８５—），男，博士，讲师，从事船型优化中的近似方法研究。
∫∫Ｖ∫（Ｐｘ＋Ｑｙ＋Ｒｚ）ｄｖ＝Ｓｗｅ∫ｔ＋∫Ｓｗｌ（Ｐｎ１＋Ｑｎ２＋
Ｒｎ３）ｄｓ式中：Ｐ、Ｑ、Ｒ为变量。
ห้องสมุดไป่ตู้（７）
船体湿表面Ｓｗｅｔ与水线Ｓｗｌ面所围成的部分即为船体排水体积Ｖ。
静水力数据包括排水体积、浮心纵向位置、湿表
面积等，它们的求法如下。
求解排水体积：Ｐ＝０，Ｑ＝ｙ，Ｒ＝０
＝∫∫Ｖ∫（Ｐｘ＋Ｑｙ＋Ｒｚ）ｄｖ＝Ｓｗｅ∫ｔ＋∫Ｓｗｌ（ｙｎ２）ｄｓ＝
０引言
１平台优化框架及过程
船型优化在船舶研发设计中始终占据重要位置，国内外很多学者对此展开研究。文献［１３］主要研究了多目标遗传算法对优化结果的影响并建立了优化平台，进行了海上三体补给运输概念船和双体高速船的优化，获得了较好的优化结果。文献［４］结合稳健设计方法和ＭｏｎｔｅＣａｒｌｏ试验设计、遗传算法进行了高速双体船初步设计阶段的不确定性优化，并验证了此方法具有一定的工程实用价值。文献［５７］利用径向基函数插值方法对船型优化进行了深入研究，并自主研发了基于ＣＦＤ的船型优化平台，采用粒子群算法对Ｓｅｒｉｅｓ６０船体曲面进行修改，以产生球鼻艏形状，再对修改后的船型进行艏部和艉部优化，获得了良好的减阻效果。研究表明，利用径向基插值函数方法和粒子群算法集成的平台适合工程需要。

基于CFD近似模型的船尾线型多目标综合优化

ｓｔｅｎｒｏｆｏｒｉｇｉｎｌａｓｈｉｐｃａｎｏｂｔａｉｎａｎｉｍｐｒｏｖｅｄｓｈｉｐｈｕｌｌｌｉｎｅ，ｏｆｗｈｉｃｈｔｈｅｔｏｔａｌｒｅｓｉｓｔａｎｃｅｉｓｎｏｔｉｎｃｒｅａｓｅｄ
ｔａｋｅｎａｓｔｈｅｒｅｓｅａｒｃｈｏｂｊｅｃｔ．Ｔｈｅｔｏｔａｌｒｅｓｉｓｔａｎｃｅａｎｄｔｈｅｗａｖｅｎｏｎ — ｕｎｉｆｏｒｍｉｔｙａｔｔｈｅｐｒｏｐｅｌｌｅｒｄｉｓｋａｒｅ
摘要：为提高船体的优化效率，以国际标准船型ＫＣＳ为研究对象，以船舶总阻力和桨盘面伴流不均
匀度为优化目标，建立近似模型，完成ＫＣＳ船尾线型的优化，得到优化船型．通过优化结果可知：对
于母型船，在满足工程约束条件下，通过船尾优化可以得到总阻力未增加、船尾流场品质有明显改
ｂａｓｅｄｏｎＣＦＤａｐｐｒｏｘｉｍａｔｅｍｏｄｅｌ
ＤＯＮＧＳｕｚｈｅｎ，ＦＥＮＧＢａｉｗｅｉ，ＺＨＡＮＣｈｅｎｇｓｈｅｎｇ，ＳＨＥＮＴｏｎｇ，ＣＨＡＮＧＨａｉｃｈａｏ
ｔａｋｅｎａｓｔｈｅｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎｇｏａｌｓ，ａｎａｐｐｒｏｘｉｍａｔｉｏｎｍｏｄｅｌｉｓｂｕｉｌｔ，ａｎｄｔｈｅＫＣＳｓｔｅｎｒｌｉｎｅｉｓｏｐｔｉｍｉｚｅｄ．

船舶设计中的CFD模拟与性能优化研究

船舶设计中的CFD模拟与性能优化研究船舶设计中的CFD模拟与性能优化研究在现代船舶工程领域中扮演着重要的角色。

基于计算流体力学（CFD）模拟，船舶设计者能够通过分析和优化船体、船舱、推进设备和其他与船舶流体力学相关的部件来提高船舶性能和效率。

本文将重点探讨CFD模拟在船舶设计中的应用，并介绍优化策略以提高船舶性能。

CFD模拟是通过使用数值方法来模拟流体流动和传热现象的技术。

在船舶设计中，通过CFD模拟可以准确地预测船舶在不同流动条件下的流体力学特性和性能表现。

CFD模拟可以帮助船舶设计师了解船体在不同速度下的阻力和流线型，以及推进装置产生的推力和推进效率。

此外，CFD模拟还可以用于研究和优化涉及船体结构和推进设备的细节设计。

船舶推进效率的优化是船舶设计中的一个重要方面。

通过CFD模拟，可以精确计算船舶在运行过程中的阻力和推力，从而确定最佳的推进装置和推进功率。

同时，通过调整船体的外形设计和船体附加装置，如船底舵和螺旋桨喷水装置等，可以改善船舶的流体动力学性能和降低能耗。

船舶的阻力形成船舶在水中运动时所需的推动力。

通过CFD模拟，船舶设计师可以研究如何减小船体的阻力，从而提高船舶的速度和能效。

例如，通过调整船体的几何形状，减少船体表面的阻力和摩擦力，船舶的阻力可以得到降低。

此外，通过在船底舵和螺旋桨等部件上安装类似凸起物的附加装置，可以改善流体的分离和流线型，减少湍流，提高船舶的流线型和流体动力学性能。

船舶涡流对航行性能和船体稳定性具有重要影响。

通过CFD模拟，可以分析船舶周围的流场，了解涡流的产生和演化过程，从而优化船舶的设计。

例如，在设计船体的下水口和船体船底时，可以通过CFD模拟，确定合适的尺寸和形状，以避免过多的涡流产生，降低水阻和航行噪音。

此外，通过调整船舶的航行速度和角度，可以改变湍流产生的位置和强度，进而优化船舶的流体动力学性能和航行稳定性。

除了船体设计的优化，CFD模拟还可以用于优化船舶推进装置的设计。

CFD在舰船阻力性能优化中的应用

（2）优化前后波高等值线及舷侧纵切波形的比较（见图 7、8）
优化前
优化后
波高/船长
纵向位置/船长
图 7 波高等值线的比较
图 8 舷侧纵切波形比较（y/L=0.01）
46
母型A
改进船型
图 9 优化前后线型对比从优化前后的结果对比可以看出，优化后船型的兴波阻力下降了 10.8%，而湿表面积、浮心位置、排水量分别变化了 0.8%、0.4%、0.4%。从图 7 可以看到优化后船首部位的波形数减少了，而图 8 则进一步说明优化后在船首附近的波形切片幅值变小了。图 9 为优化前后的线型比较，从图 9 可以看到，优化后声纳罩的曲面显得更为丰满，同时声纳罩向前延伸了一点。 3 结语本文在分析基于 CFD 的船型阻力性能优化流程的基础上，以戴维-泰勒水池(DTMB)5415 船模的声纳罩为优化对象，利用课题组开发的船体型线多学科设计优化平台完成了优化工作，结论如下：（1）本文所开发的船型参数化融合模块是可行的，随着母型数量的增多，经融合后将会生成丰富多样的声纳罩外形，而且生成的曲面是光顺的，这保证了优化结果的可行性。（2）母型库的建立区别于传统的优秀船型库，本文所阐述的母型库是指尽可能复杂而多变的船体外形，在建库时不需要考虑船型性能好坏，也不需要考虑排水量等约束，如本文中变型 C。这些特点大大方便了设计人员的建库工作。（3）船型参数化融合模块是基于 NURBS 理论开发，这保证了和现有 CAD 系统的兼容性。同时，由于该模块是以母型为基础通过融合的方式产生新船型，摆脱了船型参数化几何表达的限制，故该模块理论上可以应用于任何复杂船型，这为船型优化系统走向实用化打下了基础。（4）在本文优化实例中，将排水量、浮心位置、湿表面积等作为约束条件，保证了优化结果具有工程应用价值。后期的研究还需要考虑将总布置等约束条件纳入到船型优化系统当中，以进一步增强其工程实用性。

CFD在船舶建模中的应用研究

CFD在船舶建模中的应用研究CFD（计算流体力学）是一种基于数值计算的方法，用于模拟流体的运动和相互作用。

在船舶建模领域，CFD已成为一种重要的工具，被广泛应用于设计优化、性能评估和安全分析等方面。

一般来说，CFD在船舶建模中的应用主要涉及以下几个方面：1.流体流动模拟：在船舶的设计过程中，了解船舶在不同速度和水深条件下的流体流动情况非常重要。

利用CFD模拟，可以预测船舶在各种航行条件下的阻力、波浪产生情况和船体流线等。

这些模拟结果可以帮助设计师优化船体形状、改进尾流和减小阻力，提高船舶的性能表现。

2.船舶结构应力分析：船舶结构的应力分析非常关键，它可以评估船舶在正常或极端工作条件下的结构强度和可靠性。

CFD可以模拟船舶受到水流、波浪和风力等因素的作用，预测船体和各个部件的力学响应，包括弯曲、扭转、拉伸和剪切等。

这些模拟结果可以帮助设计师改进船体结构，使其更加坚固和安全。

3.船舶操纵和操纵性评估：在船舶设计中，操纵性是一个重要的考虑因素。

CFD可以模拟船舶在不同操纵条件下的响应和行为，包括转向性能、顺行性能和侧向力等。

基于这些模拟结果，设计师可以调整舵角、尾流导流板和船体形状等，以改善船舶的操纵性和响应性。

4.船舶水动力性能评估：在船舶建模中，CFD可以用来评估船舶的水动力性能，包括速度、推进效率和船头抬升情况等。

通过模拟不同船体形状和推进方案的性能表现，可以比较不同设计方案的优劣，为船舶性能的改进提供指导。

5.环境保护和排放控制：随着对环境保护要求的提高，船舶排放控制成为一个重要的问题。

CFD可以模拟船舶排放物在大气和水中的传播情况，预测其浓度分布和影响范围。

这些模拟结果可以帮助设计师优化船舶排放措施，减少对环境的影响。

综上所述，CFD在船舶建模中的应用研究可以提供有关船舶流体流动、结构应力、操纵性能、水动力性能和环境影响等方面的重要信息。

这些信息可以帮助设计师改进船舶设计，提高其性能和安全性。

基于CFD的船型优化设计研究进展综述_赵峰

第14卷第7期船舶力学Vol.14No.7 2010年7月Journal of Ship Mechanics Jul.2010文章编号：1007-7294（2010）07-0812-10基于CFD的船型优化设计研究进展综述赵峰1，李胜忠1，杨磊1，刘卉2（1中国船舶科学研究中心，江苏无锡214082；2中国舰船研究院，北京100192）摘要：随着计算机技术的飞速发展以及最优化理论的不断完善，最优化技术已被引入船舶设计领域，并与先进的CFD技术成功结合，发展形成了崭新的SBD（Simulation Based Design）技术，该技术为船型优化设计和构型船型打开了新的局面，在国际船舶研究设计领域引起了广泛的关注。

文中对船舶领域中的SBD技术的基本内涵及其所包含的主要关键技术进行了阐述和总结，同时对国内外该研究方向的发展现状与趋势进行了分析和评述。

关键词：船型优化设计；CFD；SBD技术；船体几何自动重构；优化技术；近似技术中图分类号：U662.9文献标识码：AAn overview on the design optimization ofship hull based on CFD techniquesZHAO Feng1,LI Sheng-zhong1,YANG Lei1,LIU Hui2(1China Ship Scientific Research Center,Wuxi214082,China;2China Ship Research and Development Academy,Beijing100192,China)Abstract：Optimization algorithms and CFD techniques are combined together into what is known as Sim-ulation-Based Design(SBD)techniques.A worldwide attention was concentrated since the SBD presented. In this paper,essential connotation and crucial techniques of the SBD in the naval hydrodynamic context are reviewed.And then,the domestic and international research work and recent progress are introduced.Finally, the developing trends on the design optimization of ship hulls based on CFD techniques are unscrambled. Key words:ship hull design optimization;CFD;SBD;hull geometry automatic modification;optimization techniques;approximation techniques1引言船体型线设计是一门复杂的综合性技术，是船舶总体设计中的一个核心环节，设计水平和能力对船舶综合航行性能、经济绩效和产品竞争力都具有重要影响，也是促进船舶工业发展和实现船舶创新设计需求中亟待解决的关键技术问题。

基于CFD技术的散货船线型优化研究

ｗｅｌｓｔｅｏｔｉｅｕｌｒｒｏａｅ，ｎｏｅｅｔｅｕｔｒｂａｎｄｌａｐｉｚｄｈｌｆｍａｅｃｍｐｒｄａｄｃｈｒｎｓｌａｅｏｔｉｅ．ｈｍｏｒｓ
ＫｅｒｓＣＦｔｃｎｌｇ；ｕｌｉｅｐｉｚｔｏ；ｔｄｆｒｃｉａＤｙｗｏｄ：ＤｈｏｏｙｈｌｌｓｏｔｅｎｍｉａｉｎｓｙｏｐａｔｌｕｃＣＦ
ＡｂｔａｔＷｉｅｍａｕｔｆＣＤｃｎｌｇ，ｔａｌａｙｂｅｐｌｄｔｅｐｏｅｓｏｈｏｉｇｐｏｏｙｅｓｉｎｓｒｃ：ｔｔｔｒｙｏＦｔｈｏｏｙｉｈｓａｒｄｅｎａｐｉｔｒｃｓｆｃｏｓｎｒｔｔｐｈｐａｄｈｈｉｅｅｅｏｈ
×
船航速１．ｋ，对应不同长度系数的自由水面波５ｎ）０形如图２所示。
／
、
／
／
／ ≥ ：
／
／
／
＼
高度系数Ｃ
＼＼＼＼＼
＼
．
图３不同高度系数对应的兴波阻力系数
／
／
长度系数Ｃ
比如图７所示。．
基础上，适当减小高度系数来改善兴波阻力性可
能。
表２艏部改型前后各特征参数
２４球艏横剖面系数的影响．保持Ｃ，，Ｃ不变，改变来研究球艏横

CFD在船舶建模中的应用研究

CFD在船舶建模中的应用研究一、引言船舶在航行过程中，受到海水的阻力、风浪的影响等多种力的作用。

船舶建模可以预测船舶在不同条件下的运动状态，以维持船舶的稳定性和安全性。

计算流体力学（CFD）是一种计算流体力学的方法，通过数值模拟对流场进行分析和计算。

CFD可以模拟船舶在不同水流速度、水深、风速、波高等条件下的流场，预测船舶的运动状态，为船舶建模提供一个新的分析工具。

二、CFD在船舶建模中的应用1.船舶性能预测船舶在不同水流速度、水深、风速、波高等条件下，船体受到的流体载荷不同，会对船舶的性能产生影响。

CFD可以对船体流场、阻力、扭矩、推力等参数进行模拟和计算，研究在不同的工况下船舶的性能表现，包括船舶的速度、稳定性、操纵性、燃油消耗等方面。

2.船舶航行状态仿真船舶是在海洋环境中进行航行的，其所受到的流体载荷一般都是复杂的非线性载荷，因此需要进行CFD的数值仿真才能准确的得到船舶的运动状态和航行特性。

通过数值模拟可以对船舶的航行状态进行仿真，包括船舶的运动轨迹、速度、受力情况等，可以为船舶的航海安全提供支持。

3.船舶舱室流场分析CFD也可用于对船舶的舱室内部进行流场分析，如船舶内空气流动的速度、温度分布等。

该技术可以确保船舶内部的空气流通性能并优化船舶设计。

船舶内部的空气流动分析，对于提高船舶的安全性、乘客舒适度以及减轻船员的工作负担具有重要意义。

三、CFD在船舶设计中的优势1.提高设计效率通过CFD可以进行快速准确的数值计算，无需进行实际试验，可以很大程度上提高船舶的设计效率。

在船舶设计中，每一次的实验都依赖于物理模型和实验设备，需要大量的人力、物力进行搭建，成本相对较高，而通过CFD数值模拟技术进行分析，则可以降低船舶设计的成本，同时提高设计效率与准确度。

2.降低设计风险通过CFD数值计算，可以在设计之前进行模拟分析，了解实际工况下设计可行性的特点。

这可以降低实际工程风险，减少实际设计成本，并提高设计成功率，从而增强产品竞争力。

基于CFD的混凝土轻舟船型阻力性能优化

２０１３年共７５艘船型进行了研究与统计，关注的重
点在于船长、型宽与长宽比。统计发现，各学校采用
６００ｍ划行等比赛，从速度、密度、转角灵敏度、稳定性等几个方面衡量混凝土轻舟性能。
这些数值是基于１Ｏ多年的参赛学校的成绩统计值，因此具有一定的可靠性，本文所研究的范围尺
度也是在此基础上。但由于此范围较宽泛，为获取
１船舶设计理论分析
１．１主要技术性能的分析
练计划第８期（ＳＩＴＩ￣）
收稿日期：２０１５－０１－２５
（１）傅汝德数根据以往的比赛成绩，排名靠前的轻舟划行
２００ｍ直线距离所需时间ｔ一般为９０—１２０Ｓ。可得
本文以２０１４年同济大学混凝土轻舟队在ＡＳＣＥ
混凝土轻舟赛中的参赛轻舟为优化对象，欲在现有基础上对轻舟的船型做进一步改进。影响轻舟速
度、密度、灵敏度和稳定性等几大性能的主要因素有船型、船重、水流条件等… ，其中船型是重中之重，而阻力最小的船体外形确定又是船型设计首先要追
更精确的值，本文进行了深入的理论分析。
１．２．２船长的确定
轻舟比赛是一项竞速性比赛，船型对耐波性与稳定性的要求不高，而对快速性提出了极高的要求，

船舶水动力性能的CFD模拟与优化设计

船舶水动力性能的CFD模拟与优化设计船舶水动力性能是研究船舶在水中运动的重要领域之一。

为了提高船舶的航行速度、操纵性和能效，工程师们利用计算流体力学（CFD）模拟技术开展了大量的研究与优化设计工作。

本文将介绍船舶水动力性能的CFD模拟与优化设计方法，并探讨其在船舶工程领域中的应用。

1. 模型构建船舶的水动力性能主要包括波浪阻力、湍流阻力、粘性阻力和激波阻力等。

在进行CFD模拟前，首先需要构建船舶的几何模型。

根据不同的船舶类型和设计需求，可以选择不同的建模方法，如传统的离散几何模型或参数化设计模型。

通过建模软件，将船舶的几何形状转化为计算机可识别的几何信息，为后续的模拟分析做准备。

2. 网格划分在进行CFD模拟时，网格划分是非常重要的步骤。

网格的划分质量将直接影响模拟结果的准确性和计算效率。

通常情况下，船舶的复杂几何形状需要采用结构化或非结构化网格划分方法。

结构化网格适用于简单几何形状，而非结构化网格则适用于复杂几何形状。

通过优化网格划分，可以更准确地模拟和预测船舶在水中的运动行为。

3. 流场模拟在进行CFD模拟时，需要建立适当的物理模型和数值模型。

根据船舶运动的特性，可以选择合适的流体方程和边界条件。

在求解过程中，采用合适的数值方法和稳定性算法，以保证模拟结果的准确性和稳定性。

通过CFD模拟可以获取船舶在不同操作条件和流场环境下的运动特性，如阻力、流线和压力分布等。

4. 优化设计基于CFD模拟结果，可以进行船舶水动力性能的优化设计。

通过调整船体形状、推进系统和尾流控制等参数，可以改善船舶的流线型和水动力性能。

优化设计的目标往往是降低阻力、提高速度和操纵性，以及减少燃油消耗和排放。

通过多次CFD模拟和参数优化，可以找到最优设计方案，从而提高船舶的性能和效益。

5. 应用实例船舶水动力性能的CFD模拟与优化设计已经在实际工程中得到广泛应用。

例如，在船舶船型设计阶段，工程师们利用CFD模拟技术对不同船型进行了性能比较和优化设计；在推进系统设计阶段，CFD模拟可以帮助确定最佳螺旋桨参数和布局方案；在船舶舵系统设计阶段，CFD模拟可以预测船舶的转向性能和操纵稳定性。

基于CFD方法的船舶水动力性能预报及优化

基于CFD方法的船舶水动力性能预报及优化CFD方法因其预报精度高、适用性广、计算结果稳定、可重复性高、成本低廉、周期短等优势,在各领域受到广泛关注。

CFD方法在船舶水动力学性能的研究中主要集中在三个方面:船舶水动力性能预报、船舶水动力问题机理研究以及船舶水动力性能优化。

本文使用CFD方法对船舶水动力性能预报、机理研究以及优化展开研究。

首先,对CFD基本原理进行阐述。

根据船舶水动力学问题的特点,详细叙述了控制方程、有限体积离散、边界条件、湍流模型等。

此外,对CFD不确定度分析展开研究。

提出一种可考虑因子间交互作用的多因子CFD不确定度分析方法,并使用该方法对船舶静水总阻力预报展开不确定度分析。

分析中包括网格尺寸、时间步长、网格形式和湍流模型四个因子。

该方法是对原方法方法改进而来,使用正交试验方法替代原方法中的控制变量法,可对各因子同时展开分析。

该方法中,各因子的不确定度分析同时展开,分析中考虑了各因子间的相互影响。

且由于各因子同步进行分析,解决了原方法中各因子独立分析时其他因子的参数设置依赖于经验的问题。

其次,使用CFD方法预报船舶水动力性能,包括船舶静水阻力、螺旋桨水动力性能、船舶操纵性及船舶耐波性等。

在船舶水动力性能预报的基础上,发挥CFD方法的优势,对三个特殊的船舶水动力问题的机理展开研究。

包括船舶航态对静水总阻力预报精度的影响、螺旋桨尺度效应问题以及四桨船内外桨载荷分布不均匀产生的原因。

对于船舶航态对静水总阻力预报精度的影响,对比了航态对过渡型船舶和排水型船舶的静水阻力预报精度的影响。

对于螺旋桨尺度效应问题,使用全相似方法对螺旋桨尺度效应问题进行分析,结果表明在全相似条件下,模型尺度和实尺度螺旋桨的尺度效应基本消除。

在对四桨船内外桨载荷分布不均匀性问题的研究中,发现螺旋桨周围流场存在3个区域:尾流区、加速区和减速区。

尾流区为螺旋桨正后方(桨盘范围内)区域,该区域内流体流速极大。

布置在此区域内的螺旋桨载荷将大幅减小。

基于CFD的船舶线型优化设计方法研究

第１４卷第１２期
２０１４盆
ＶｏＩ．１４Ｄｅｃｅｍｂｅｒ
Ｎｏ．１２２０１４
１２月
基于ＣＦＤ的船舶线型优化设计方法研究
王玉成，陈远超，张泽基
（１．中国舰船研究设计中心，湖北武汉４３００６４；２．中船桂江造船有限公司，广西梧州５４３００４）
摘要：为了改善船舶的阻力性能，以阻力性能为优化目标，基于粘性流场数值计算方法，研究船舶球鼻艏线型的
改变对船舶阻力性能的影响。通过采用线型优化方法，生成四种不同球鼻艏的船型。从阻力性能方面考虑，对于低速丰满型船舶选用普通型球鼻艏以及中高速船舶采用上翘型球鼻艏均可以获取较好地减阻效果。在相同的航速下，采用优化方法并经过优选的球艏其阻力会相对较小，相应的黏压阻力和摩擦阻力也相对较小。关键词：球鼻艏；阻力性能；数值模拟；优化方法；傅汝德数中图分类号：Ｕ６６２．２
船体线型是决定船舶快速性能的关键因素，而船舶线型的优劣则主要取决于船体艏、艉部的线型。型线优化是船型优化设计的传统内容之一，通常采用相应的数学模型结合船舶的水动力性能、总布置要求以及结构安全性能要求对船舶型线进行优化设计。从本质上来讲，船舶型线设计是一门综

基于CFD的多用途船纵倾优化

本文以３００００ＤＷＴ多用途船为研究对象，首先，利用ＣＦＤ软件ＳＴＡＲ－ＣＣＭ＋对设计吃水状态下船模阻力进行数值模拟计算，通过与船模试验结果进行对比分析，验证数值模拟方法的准
收稿日期：２０１９－０７－２０作者简介：李宝明，硕士，研究方向：船舶与海洋工程。
２数值模拟方法验证
２．１计算模型和网格划分
本文数值模拟模型尺度下多用途船，在设计
吃水状态下，７个航速的船舶阻力。计算模型的主要参数如表１，根据线型图和型值表，建立船体外壳曲面模型，包括船尾平板舵，如图１所示。
１１６பைடு நூலகம்
基于ＣＦＤ的多用途船纵倾优化李宝明
确性；然后在保证船舶载重量不变的情况下，对不同航速，不同纵倾条件下的多用途船阻力进行计算，研究纵倾浮态对船舶阻力的影响，得到最佳纵倾角，为实际运营中船舶的装载优化提供理论依据。
船舶与海洋工程
武汉船舶职业技术学院学报２０１９年第３期
基于犆犉犇的多用途船纵倾优化
李宝明（大连中远海运重工有限公司，辽宁大连１１６１１３）
摘要船舶阻力性能优化中，通过调整船舶纵倾值进行装载优化的方法成果显著且易于实施。选取３００００ＤＷＴ多用途船为研究对象，基于计算流体动力学（ＣＦＤ）软件（ＳＴＡＲ－ＣＣＭ＋）对目标船的静水阻力进行预报，数值计算结果与船模试验数据进行对比分析，验证网格划分、数值计算相关设置的准确性。在此基础上对船舶纵倾优化进行研究，计算不同纵倾角、不同航速下的船舶阻力，得到相对于设计吃水下的阻力变化曲线及减阻效果。结果表明在设计载重量和航速下运营，其最佳纵倾角度为尾倾０．５５°左右，减小船舶总阻力约１．５％。关键词多用途船；阻力性能；纵倾优化；数值模拟中图分类号Ｕ６６１文献标志码Ａ文章编号１６７１－８１００（２０１９）０３－０１１６－０６

基于cfd技术的水翼船升力水翼数值模拟与优化设计

基于cfd技术的水翼船升力水翼数值模拟与优化设计水翼船作为一种新型的船舶设计，其独特的水翼结构使其能够在航行中获得更高的速度和更好的稳定性。

而水翼船的升力水翼设计在其性能中起着至关重要的作用。

本文将基于计算流体动力学（CFD）技术，对水翼船的升力水翼进行数值模拟与优化设计研究。

首先，我们将建立水翼船的数值模型，包括船体和水翼结构。

随后，我们将利用CFD软件对水翼船在不同航速下的流场进行模拟。

通过对流场的分析，我们可以获得水翼船在不同情况下的升力分布、阻力分布以及船体受力情况。

这些数据将为水翼船的优化设计提供重要的依据。

在获得了水翼船的流场数据后，我们将对水翼结构进行优化设计。

通过调整水翼的形状、数量、位置以及倾角等参数，我们可以使水翼船获得更高的升力系数，从而提高其航行速度和稳定性。

同时，我们还将考虑水翼结构的制造成本和可行性，以期实现水翼船的经济实用性。

接着，我们将对优化后的水翼结构进行数值模拟。

通过比较优化前后的流场数据，我们可以评估水翼船的性能改进效果。

在优化设计的基础上，我们还将进行多工况的仿真分析，以验证水翼船在不同情况下的性能表现。

这些分析结果将为我们提供更准确的水翼船性能评估和优化设计方向。

最后，我们将对数值模拟和优化设计的结果进行总结和分析。

通过比较不同设计方案的性能表现，我们可以得出最佳的水翼船升力水翼设计方案。

同时，我们还将探讨水翼船的优化设计对其航行性能和经济性的影响，为水翼船的实际应用提供参考和指导。

综上所述，基于CFD技术的水翼船升力水翼数值模拟与优化设计是一项具有重要意义的研究。

通过该研究，我们可以为水翼船的性能提升和设计优化提供技术支持，推动水翼船的发展和应用。

相信随着这一研究的深入和完善，水翼船一定能够成为未来船舶领域的重要发展方向。

CFD软件在船舶设计分析中的应用研究

CFD软件在船舶设计分析中的应用研究前言船舶作为人类的一个重要交通工具，在我们的生活中扮演了至关重要的角色。

为了提高航行效率、安全性、降低船舶对环境的影响，船舶设计必须依据实际环境条件、目标要求和船体结构性能进行科学和合理的设计和分析。

随着计算流体力学（CFD）技术的不断发展，它在船舶设计和分析中发挥着越来越重要的作用。

本文将探讨CFD软件在船舶设计分析中的应用研究。

船舶水动力学分析在进行船舶设计分析之前，必须了解船舶水动力学。

船舶水动力学是研究船舶在水中运动的科学，包括船体的稳性、航行性能、防波性能、划水阻力等。

在这方面，CFD技术的应用可以有效的提供关于船舶水动力学的相关信息。

通过整合CFD软件可以对阻力、波浪、气泡等数据进行计算。

船舶阻力计算船舶阻力是衡量船舶耗能的关键指标，尽可能减少船舶阻力将直接影响航行的经济性。

CFD软件可以模拟船舶的流体力学现象并精确计算船舶的阻力大小。

通过计算船舶的运动和周围环境之间的相互作用，可以得出准确的阻力数值，这将有助于船舶工程师优化设计，使船舶的运动更加高效。

船舶波浪计算随着海运业的发展，波浪成为解决海上航行安全问题的重要因素。

波浪计算也是现代船舶设计的一个重要领域。

CFD软件可以模拟船舶在内部液体中的运动和流动，得出准确的波浪信息。

这有助于船舶工程师了解波浪特征，为下一次设计提供有用的信息。

例如，在使用CFD技术为一辆快艇设计螺旋桨和舵时，人们可以使用CFD软件测试模型，以确定船速、波浪和其他因素如何影响舵和螺旋桨的运动。

船舶气泡计算气泡是船舶运动时的另一个重要因素。

当一个船体在水中行驶时，水中相应的压力不断变化，导致水中气体的产生。

这些气泡对船体的运动和穿梭效率产生影响。

使用CFD模拟，可以实现对船体中气泡的有效计算，这有助于船舶工程师了解船体中气泡的附加负荷，以此优化船舶设计，减少气泡应力对船舶性能的影响。

结构分析及优化设计船舶的设计不仅考虑船体外部，还需要考虑船体内部结构的优化设计以及在实际操作中的实现。

基于CFD的船型优化及节能附体研究

基于CFD的船型优化及节能附体研究在当今能源危机和经济危机的状况下,船东们迫切希望对已有船型进行优化来减小船舶阻力和提高船舶推进效率,降低日常运营成本。

如何评估一个已知船型的阻力性能对于船型优化优化来说是十分重要的,船舶工程界也一直努力研究如何更加精确的预报船舶阻力。

近年来,对船舶节能附体的研究十分火热,对肥大型船只安装船舶节能附体是一种简单有效的节能措施。

本文是以一艘肥大型低速船舶为例,以减小船体阻力和提高船桨推进效率为目的,开展局部船型优化和船体附加节能附体的可行性研究。

应用商用CFD软件对船体阻力和船体粘性绕流场进行模拟计算,预报船体阻力等性能,通过比较计算结果选择最优方案进行船模试验,证明CFD数值模拟计算的可靠性,为该类型船的船型优化及建造提供参考意见。

本文使用商业软件CATIA来建立船体几何模型。

然后使用前处理软件ICEM对计算域进行网格划分,船体计算域内采用多块结构性网格,对靠近船体外壳的边界层进行网格加密,提高模拟计算精度。

本文首先对某船在设计吃水6.9m状态下的船舶阻力进行CFD数值模拟计算,将计算结果与同状态船模试验结果对比后得出结论,选用SST k-ω湍流模型,来模拟计算原设计船型的船体绕流场,船体阻力计算结果与试验结果误差在3%以内,验证了用CFD数值模拟计算的方法来预报船体阻力的精度很高。

本文然后研究了肥大型船舶的阻力成分及减阻思路,分别对某船的球鼻艏、船体首部型线和船体尾部型线进行型线优化,反复对各种优化方案进行CFD数值计算,结论是选用原球鼻艏形状的同时优化首部线型和改变尾部型线后的新船型的减阻效果很好,在实船航速2kn到15kn的减阻效果达到4%以上,实船航速越高,减阻效果越明显。

并对改型船舶进行船模试验验证,证明CFD计算结果误差在2%以内。

本文接着分析了改型船舶的船型特点,为了达到提高推进效率的目的,确定了改型船型附加前置伴流补偿导管的方案,经过CFD数值模拟计算,从螺旋桨盘面处伴流分布图上清楚的看出前置导管成功的改善了船体尾流场,从尾部流线图清楚的看到前置导管减弱了舭涡的影响。

船舶流体动力学研究的前沿进展

船舶流体动力学研究的前沿进展船舶在海洋中航行，其性能和效率受到流体动力学的深刻影响。

船舶流体动力学是一门研究船舶在流体（主要是水）中运动时所受到的力和流动现象的科学，对于船舶的设计、优化和运行具有至关重要的意义。

近年来，随着计算机技术的飞速发展、实验技术的不断创新以及理论研究的深入推进，船舶流体动力学研究取得了一系列令人瞩目的前沿进展。

一、计算流体动力学（CFD）技术的突破计算流体动力学在船舶流体动力学研究中扮演着越来越重要的角色。

过去，由于计算能力的限制和数值模型的不完善，CFD 技术在复杂流动的模拟中存在较大的误差。

然而，如今随着超级计算机的出现和数值算法的改进，CFD 能够更加精确地模拟船舶周围的流场。

高精度数值格式的应用使得计算结果的准确性大大提高。

例如，采用高阶有限体积法或有限差分法，可以更准确地捕捉流场中的细微结构和漩涡。

同时，多相流模型的发展也使得对船舶在不同介质（如空气和水）中的运动模拟更加真实。

此外，并行计算技术的广泛应用显著缩短了计算时间，使得大规模的船舶流场模拟成为可能。

通过将计算任务分配到多个处理器上同时进行，可以在较短的时间内获得详细的流场信息，为船舶设计提供及时有效的参考。

二、实验技术的创新实验研究一直是船舶流体动力学的重要手段之一。

近年来，实验技术不断创新，为深入理解船舶流体动力学现象提供了更加可靠的数据。

粒子图像测速（PIV）技术的发展使得对船舶周围流场的瞬时速度分布测量更加精确。

通过在流场中注入微小的示踪粒子，并使用激光照明和高速相机拍摄，能够获取流场中微小区域的速度矢量，从而揭示流动的细节和漩涡的演化过程。

压力敏感涂料（PSP）技术则可以测量船舶表面的压力分布。

这种技术通过在船舶表面涂覆特殊的涂料，其发光强度与表面压力相关，从而可以通过光学测量得到压力分布情况，为优化船舶外形提供了重要依据。

此外，水槽和水池实验设施的不断改进也提高了实验的准确性和可重复性。

例如，采用更加先进的造波机和消波装置，可以模拟更加真实的海洋环境条件，为船舶在波浪中的性能研究提供更好的实验平台。

基于CFD方法的某化学品船型优化及船舶阻力性能数值预报

基于CFD方法的某化学品船型优化及船舶阻力性能数值预报殷晓俊;任海奎【摘要】对快速性技术指标较好的某化学品船进行线型优化研究.利用GMS前处理软件对船体线型进行若干变化,利用势流兴波软件RAPID进行快速计算,得到船体周围兴波及船体表面压力分布情况,从而选择较优方案.利用商业软件STAR-CCM 对原型和改型的阻力性能进行黏性流体数值计算,定量分析改型后船舶阻力的减小量,为模型试验提供参考依据.模型试验结果表明,改型船的阻力较原型进一步降低,与计算流体动力学(Computational Fluid Dynamics,CFD)计算结果吻合良好,新匹配的螺旋桨推进性能较原型明显提高.【期刊名称】《上海船舶运输科学研究所学报》【年(卷),期】2016(039)004【总页数】6页(P8-13)【关键词】船型优化;计算流体力学;模型试验【作者】殷晓俊;任海奎【作者单位】上海船舶运输科学研究所航运技术与安全国家重点实验室,上海200135;上海船舶运输科学研究所航运技术与安全国家重点实验室,上海200135【正文语种】中文【中图分类】U661.31船体线型优化是船舶阻力理论应用和其他研究工作中最重要的环节之一，在船舶主尺度、排水量和设计航速给定的条件下设计出阻力更低和推进效率更高的船型，是造船工作者的主要研究目标。

随着国际船级社协会(International Association of Classification Societies,IACS)出台新造船标准，绿色船舶以其节能、环保的特性而受到业界关注，对现代船型优化及新船型开发越发重视。

早期主要通过系列模型试验获取较优船型，通过比较若干个方案选出阻力性能最好的船型，这种方法不仅会耗费大量的劳力和时间，而且有一定的局限性。

近年来，随着计算流体动力学(Computational Fluid Dynamics,CFD)理论不断进步和计算机技术的发展，基于CFD理论的船型优化设计已成为热点。

船舶CFD研究现状

1 前言船舶的水动力性能(快速性、适航性、操纵性)是由绕船的流场特性而决定，从理论上讲通过求解描述流场特性的流体动力学方程就能对相应的水动力性能做出预报。

然而，由于自由面的存在、船体几何形状复杂(特别是船尾)、附体较多，导致自由面水波、流体分离、旋涡等现象的出现，使得流场中的流动结构很复杂，即使有了描述流动过程的微分方程式也不可能得到解析解，因此，长期以来船模试验便成了研究船舶周围流场特性的一个必不可少的手段。

然而，船模试验不仅周期长、费用高、很难得到详细的局部流场信息，同时因为尺度效应，船模实际上并不能真实地再现实船的流动情况，存在很大的局限性。

新的水动力性能预报手段的引入己十分必要。

计算流体力学(Computational Fluld Dynamics) 是在计算机上求解描述流体运动、传热和传质的偏微分方程组，并对上述现象进行过程模拟。

用它来进行流体动力学的基础研究，其主要优点是能以较少的费用和较短的时间来获得大量有价值的研究结果。

随着计算机技术的飞速发展，数值方法不断改进，CFD 的计算精度不断提高以至满足工程实用要求逐渐成为可能，正成为研究船舶水动力性能的一种新的、快速而经济的重要工具。

较为成功的应用实例是耐波性的计算程序的普及，升力线、升力面理论已取代了螺旋桨图谱设计。

船舶阻力的CFD 计算尽管存在自由表面、高雷诺数等多种难题，但近30年来通过人们不懈的努力，从势流理论线性计算到非线性计算，从理想流体到粘性流体，从薄边界层到全NS 方程的求解，直至考虑自由面的NS方程的求解，CFD方法在计算能力和实用方面都发生了深刻的变化。

过去只是在大学和研究机构才有的计算方法，如今已有很多商业化的CFD 软件可以应用。

2 CFD 技术在舰船总体性能设计与试验相比的优势目前在船舶水动力研究上，CFD技术与试验互补，与试验结合，对试验提供辅助，使试验功能强化，由CFD技术获于取试验无法观察或难以观察到的流动信息或性能信息。

计算流体力学在船舶设计中的应用研究

计算流体力学在船舶设计中的应用研究随着科技的不断发展，计算流体力学（Computational Fluid Dynamics, CFD）在船舶设计中的应用越来越广泛。

CFD是研究流体运动过程的数值计算方法，可以通过计算模拟流体力学的各种过程，对船舶的设计和性能进行优化。

一、CFD在船舶设计中的应用1. 流场分析CFD可以模拟船舶在运动过程中的流场情况，包括水流、气流等。

根据模拟得到的流场分析结果，可以进一步了解船舶的流阻、流场分布等特性。

在设计船舶时，可以通过调整船体的形状和尺寸来减少流阻，提高船速和燃油经济性。

2. 吸力分析在船舶的设计过程中，吸力是一个重要的指标，它关系到船舶在运动中所产生的液体动力。

通过CFD模拟，可以对船舶在行驶过程中所产生的吸力进行分析和评估，及时发现和解决吸力问题，提高船舶的耐力和安全性。

3. 推进器设计CFD也可以应用于推进器的设计和优化。

针对不同类型、不同运动状态的船舶，通过CFD模拟，可以得到不同推进器下的流场分析结果，进而优化推进器的设计。

这对提高船速和减少燃油消耗等方面具有重要意义。

4. 海浪性能分析海浪对于船舶的性能有着重要的影响，在船舶设计时需要充分考虑海浪的影响。

通过CFD模拟，可以模拟不同海况下船舶的运动性能，包括船体姿态变化、载荷情况、速度变化等。

这对于船舶的安全性、稳定性和可靠性有着重要的意义。

二、CFD在船舶设计中的优势1. 节省时间和成本CFD可以在计算机上进行数值模拟，避免了传统的模型试验过程，不仅节省了时间和成本，而且能够快速有效地得到各种设计方案的流场分析结果。

2. 提高设计水平和质量通过CFD模拟，设计师能够更加准确有效地评估不同设计方案的流场特性和性能表现，从而有针对性地调整船体的形状和尺寸，提高整个设计的水平和质量。

同时，也能够规避一些不可预测的因素和意外情况，减少风险。

3. 精度高、模型复杂度高CFD模拟具有较高的精度和可靠性，在模拟复杂流场和流体运动过程时表现出良好的性能。