基于CFD的船舶水动力分析
基于CFD模拟的水面船功率性能预报研究
基于CFD模拟的水面船功率性能预报研究CFD模拟是一种基于计算流体动力学的数值模拟技术，可以用来研究船舶在不同水面运动条件下的性能表现。
本文将基于CFD模拟技术对水面船的功率性能进行预报研究，通过模拟船舶在不同速度和航向角下的流体力学特性，分析功率消耗与航速之间的关系，为船舶设计和性能优化提供参考。
首先，我们将选取一款常见的水面船作为研究对象，建立其在CFD软件中的数学模型。
通过对船体的几何形状、流体网格划分、流体动力学模型等参数进行设置，模拟船舶在静水中航行和转向的流体力学过程。
通过求解流体的动量方程和连续性方程，可以得到船舶在不同速度和航向角下的流速场、压力场和力学特性。
接着，我们将进一步分析船舶在不同运动条件下的功率性能。
通过计算船体受到的阻力、推进力和扭矩，可以确定船舶在不同速度和航向角下所需的推进功率和转向功率。
同时，我们还可以计算船舶在不同运动状态下的阻力系数、升阻比和转弯半径，以评估船舶的性能表现。
最后，我们将进行数据分析和结果展示。
通过绘制功率消耗与航速之间的曲线图和功率消耗与航向角之间的分析图，可以直观地展示船舶在不同条件下的功率性能特征。
同时，我们还可以比较不同设计方案或操作条件下的功率性能指标，为船舶设计和性能改进提供参考和依据。
本研究基于CFD模拟的水面船功率性能预报，可以为船舶设计和性能优化提供重要参考。
通过分析船舶在不同运动条件下的流体力学特性和功率消耗，可以为船舶设计者和船舶运营者提供有效的设计和操作建议，从而提高船舶的性能和效率，促进船舶工程领域的发展与创新。
基于CFD的调距桨调距过程桨叶水动力性能研究
中图 分 类 号 ： ６４ ３ 文 献标 识码 ： 文 章 编 号 ：０ ６７ ４ （０ ０ ０ －１９０ Ｕ ６ ．３ Ａ １０ —０ ３ ２ １ ）２０ ４ － ５
ｉ ｄｐｔ ｒｐ ｌ ｒ ｅｅ ｏ ｐ ｒｄ ｌ ｒｇ ｓ ｃｎｒ ｌ ｌ ｉ ｒｐ ｌ ｒ ｒ ｇｔ ｒｃｓ ｏ ｊｓ ｎ ｆ ｅ ｉ ｈｐｏｅ ｅｓｗ ｒ ｃ ｍ ａｅ ．Ｆｏ ｅｉｎ ｆ ｏ ｔ ｌ ｂｅｐｔｈｐｏｅｌ ｕ ｎ ｅｐｏｅｓ ｆ ｄｕｔ ｇ ｘ ｃ ｌ ｗ ｏ ｏａ ｏａ ｃ ｅ ｄｉ ｈ ａ ｉ
第 ３ 卷第 ２期 １
２１ ０ ０年 ２月
哈
尔
滨
工
程
大
学
学
报
Ｖ０１３１ ． Ｎｏ ２ ．
Ｊｕ ｎ ｌ ｆＨａｂｎ Ｅ ｇｎ ｅｉｇ Ｕ ｉｅｓ ｙ ｏ ｒａ ｒ ｉ ｎ ｉｅ ｒ ｎｖ ｒｉ ｏ ｎ ｔ
Ｆｂ ２ １ ｅ．０ ０
ｄｉ１．９ ９ ｊｉ ｎ １０ ７ ４ ．００ ０ ．０ ｏ：０ ３ ６／．ｓ ．０ ６— ０ ３ ２ １ ．２０ ３ ｓ
ｅ ｓ ｒ ｏ ｄ ｍｅ ｈ ｑ ａ ｉ ｎ ｕ ｅ ｇ ｏ ｓ ｕ ｌ ｙ，ｔ ＣＰ ｓ ｓｍｕｌｔｏ ｅ ｉｎ ｗａ ｒ ｃ ｓ ｅ ｐ ｃａ ｌ ． Ｏｐ ｎ ｗａｅ ｅ ｏ ａ ｃ ｔｔ ｅ ｔ ｈｅ Ｐ＇ ｉ ａ ｉｎ ｒ ｇ ｏ ｓ ｐ ｏ ｅ ｓ ｄ ｓ ｅ ｉｌｙ ｅ ｔｒ ｐ ｒ ｒ ｎ ｅ ａ ｈｒ ｅ ｆｍ ＣＰ ｐ ｔｈ ｓｗａ ａｉ ａｅ ｔ ｘ ｅ ｍｅ ｔｌｄ ｔ ．Ｂｌ ｄ ｖ ｍｅ ｔｗａ ｏ ｒ ｌｅ ｙ ａ ｕ ｅ ｅ ｎ ｄ ｆ ｃｉｎ．Ｃａ — Ｐ ｉ ｅ ｓｖ ｌｄ ｔｄ ｗｉｈ ｅ ｐ ｒ ｎ ａ ａａ ｃ ｉ ａ ｅ ｍｏ ｅ ｎ ｓｃ ｎｔｏｌｄ ｂ ｓ ｒｄ ｆ ｅ ｕｎ ｔｏ ｉ ｌ
计算流体力学在船舶水动力学研究中的应用研究
计算流体力学在船舶水动力学研究中的应用研究随着科技的不断发展,计算流体力学在船舶水动力学研究中的应用越来越普遍。
计算流体力学（CFD）是应用数值方法解决流体力学问题的一种方法。
它基于数学模型和高速计算机模拟流体的运动、相互作用和变化，从而实现预测、分析和改善流体力学系统的性质和性能。
本文将介绍计算流体力学在船舶水动力学研究中的应用。
一、简介船体的水动力学特性包括阻力、涡、自由面波浪、加速度、回流和船舶稳性等。
这些特性可能会影响船舶的性能、操纵性、速度和运载能力。
因此，在工程设计中需要准确地了解这些模型，以便更好的进行设计和优化。
使用计算流体力学，研究者可以模拟水体的运动，数值地描述液体流动和相互作用，并分析船舶在不同条件下的水动力学性能。
二、计算流体力学在船舶水动力学中的应用1. 阻力和艏波抬升船舶的阻力会影响其速度和燃油消耗量。
在计算流体力学的应用中，可以通过数值模拟来估算船舶的阻力，并将之与试验结果进行比较。
此外，计算流体力学还可以用于研究艏波抬升现象，这是指船头在航行时产生的水体升起现象。
艏波抬升可以影响到船舶的速度和稳定性，并且可能导致结构破损。
因此，在设计和优化船舶结构时，需要对艏波抬升进行考虑。
2. 涡和湍流涡和湍流是指液体中产生的不规则运动和旋转。
它们会影响到船舶的运动和稳定性。
通过计算流体力学的模拟，研究者可以更好地了解涡和湍流的特性，并通过改变船体设计来减少涡和湍流的影响。
3. 波浪自由面波浪是指水体表面波浪的运动和形态。
在计算流体力学的应用中，可以通过数值模拟来模拟不同条件下的波浪，并对波浪形态进行分析。
这对于了解船舶的运动和稳定性以及有效的设备设计都是很有帮助的。
4. 操作性和安全性船舶的操作性和安全性与其水动力学性能有密切关系。
在计算流体力学的应用中，可以分析船舶的操纵性，并通过改变船舶结构来提高操纵性和安全性。
三、计算流体力学在船舶水动力学研究中的局限性虽然计算流体力学为研究船舶水动力学提供了很多优势，但它也存在一些局限性。
计算流体力学在船舶模拟中的应用
计算流体力学在船舶模拟中的应用在现代化的船舶设计与建造中，计算流体力学（Computational Fluid Dynamics, CFD）成为船舶设计与模拟中不可或缺的技术手段。
有些人对CFD并不陌生，但是，对从事CFD已久的人们来说，CFD技术的发展速度如此之快，以至于需要不断更新和学习新技术才能在竞争激烈的市场中保持一席之地。
接下来，本文将从以下几个方面探讨CFD在船舶模拟中的应用，包括CFD技术在船舶建模、CFD技术在船舶水动力学问题的数值模拟、CFD技术在船舶结构和材料设计中的应用以及CFD技术在船舶操纵和稳性问题的数值模拟。
1. CFD技术在船舶建模中的应用船舶CFD建模是CFD技术在船舶模拟中必不可少的一环。
CFD建模按照其精度和模型分别划分为几个等级，主要包括：物理模型、数学模型、计算模型和网格模型。
建立船舶CFD数值模型时，需要根据船体几何实体，采用三维有限体积法、有限元法等数学方法建立数学模型，同时需要考虑不同长度尺度下模型的精度与实际需求的匹配。
然后，使用CFD数值计算软件对船舶流场进行计算，同时改进计算精度，过程中还需注意模板设置、计算区域选择、边界条件和孔径参数等问题。
最终，通过CFD计算结果与实验测量结果进行验证，检验模型的可靠性。
2. CFD技术在船舶水动力学问题中的数值模拟CFD技术在船舶水动力学问题的数值模拟中起着举足轻重的作用。
船舶运动的水动力学问题主要包括船体运动、液面质心、倾覆、气泡噪声、抗风性能和垂直阻力等问题。
在进行船舶水动力学的数值模拟时，需要考虑悠长波、波浪、自由面等自然界的复杂问题，并用数学模型把这些因素考虑进来。
通过CFD技术，完成对流场、压力场、涡量等重要参数的计算，预测和优化船体流态和水力特性。
3. CFD技术在船舶结构和材料设计中的应用CFD技术在船舶结构和材料设计方面的应用，主要集中在模拟船体结构在极端环境下的受力情况，例如瞬时载荷和碰撞等。
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方法的POD吊舱式集装箱船水动力性能研究
基于CFD方法的POD吊舱式集装箱船水动力性能研究吊舱式推进器(又称POD推进器)是近年来发展起来的一种新型的船舶推进装置,该推进系统可以节省舱室空间,降低主机的振动,增加推进效率,提高船舰的操纵性能,因此,在商用船舶和军事舰艇的应用上POD推进器具有极高的价值。
本文在此基础上,以波兰B573集装箱船为研究对象,通过改建Pram艉型的船艉,搭载POD推进器,运用计算流体力学(CFD)数值方法,展开了对船模和POD推进器的定常和非定常水动力性能研究。
在对B573集装箱船一系列研究的基础上,在三维建模软件MAYA中使用NURBS曲面建立了载有POD推进器的Pram艉型的新型船模,对集装箱船伴流场的网格划分方法进行研究,计算新型船模的随航速变化下阻力的变化,并对新型船模螺旋桨盘面的尾流场进行分析,将计算结果与试验结果进行对比,得出新型船模的阻力降低约10%,且螺旋桨盘面的尾流场分布更加均匀,有利于改善螺旋桨的工况。
本文采用滑移网格的计算方法,在流体分析软件CFX中分析了敞水拖式与推式POD推进器的非定常水动力性能,在一个旋转周期内,研究舵、吊舱、螺旋桨在X,Y,Z三个坐标方向上的推力和转矩等随旋转角度而变化的情况。
通过分析可以发现这些变量呈周期性振荡,且在相同工况下,拖式POD推进器的推力高于推式POD推进器,约为21.1%。
将Pram艉型的船体与拖式POD推进器结合,采用SST k-ω湍流模型,当偏转角为0。
时,计算船后POD推进器的水动力性能,并与敞水工况下的水动力性能进行对比,发现POD推进器的推力和转矩提高了9-10%,且推进效率提高1%,这是由于POD推进器受到船体伴流场的影响。
此外选取了POD推进器偏转角为5°、10°、15°、20°、25°、30°、45°、90°、135°、180°,研究了偏转角对POD推进器水动力性能的影响,结果表明当偏转角约为11°时,POD推进器在X方向的推力达到最大值,然后随着偏转角的增大而逐渐减小。
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。
基于CFD方法的螺旋桨水动力性能预报
基于CFD 方法的螺旋桨水动力性能预报王 超,黄 胜,解学参(哈尔滨工程大学船舶工程学院,哈尔滨150001)摘 要:运用计算流体力学软件对粘性流场中敞水螺旋桨的水动力性能进行了计算研究,模拟了某型螺旋桨在不同进速系数下的推力系数、转矩系数、螺旋桨表面压力分布以及螺旋桨后尾流场情况等。
在数学建模的过程中,利用FOR TRAN 语言编制了计算螺旋桨型值点的程序,然后把计算值导入Fluent 的前处理器Gam 2bit 进行建模,并采用样条曲线去拟合各个型值点,从而建立了光滑的三维螺旋桨表面外形。
介绍了利用Fluent 软件在螺旋桨敞水性能计算中的计算流程,以某一标准螺旋桨作为研究对象,给出了敞水性能曲线的计算结果,并与试验测量值作了比较。
由对结果的比较分析可知,基于CFD 方法可以形象、真实地获知螺旋桨表面的压力以及尾部流场的分布情况,并且数值仿真结果可以满足工程应用。
关键词:螺旋桨;水动力性能;Fluent ;粘性流场;数值模拟中图分类号:U664.3 文献标志码:A 文章编号:1009-3486(2008)04-0107-06H ydrodynamic performance prediction of some propeller based on CFDWAN G Chao ,HUAN G Sheng ,XIE Xue 2shen(College of Ship building Engineering ,Harbin Engineering Univ.,Harbin 150001,China )Abstract :CFD software was used to calculate t he performance of propeller in t he viscous flow regions and simulate t he t hrust and torque coefficient s ,t he pressure and velocity dist ributions of p ropeller ′s wake flow at different advance coefficient s.The point s of p ropeller were calculated by FOR TRAN p rogram ,which were used to set up geomet ry in Gambit.Also t he met hod of NU RBS was used to create t he configuration of propeller.The process of using Fluent to calculate t he open water perfor 2mance of p ropeller was int roduced.The comp uted result s were compared wit h t he experimental data.At t he same time ,some numerical survey of propeller ′s performance condition was also int roduced.K ey w ords :p ropeller ;hydrodynamic performance ;Fluent ;viscous flow ;numerical simulation近年来,随着计算机技术的推广普及和计算方法的不断发展,计算流体力学(CFD )技术取得了蓬勃的发展。
基于CFD的螺旋桨桨叶折断水动力性能分析
航道 上有 沉船 ， 区有 浮 冰 。船舶 在 如 此 复 杂 的水 冰 域 航行 ， 螺旋 桨会 碰 到 水 上 漂 浮 物 、 生 搁 浅 或 缠 发 到缆绳 或锚 链 等 ， 致 螺 旋 桨 意 外 事 故 ， 旋 桨 可 导 螺
能 发生 卷边 ， 叶变 形 ， 至造 成 桨 叶折 断 。 因此 ， 桨 甚 １ ２ 螺旋桨 几何模 型 的建 立 ．
１３ １ 划分计 算 网格 ．．
对 于螺旋 桨 桨 叶边 缘 曲率 大 的地 方 网格 密些 ，
１ １期
欧礼 坚 ， ： 于 Ｃ Ｄ的螺旋 桨桨叶折 断水动力性能分析 等 基 Ｆ
２ １ ６３
曲率小 的地方 网格 疏些 ； 用 了 ｆ ｅ 采 ｉ ｄ函数 画表 面 网 ｘ
格 ； 了使 桨 叶周 边 网格 变 化 均 匀 ， 网 格 生 成 采 为 体
２１ ０ ２年 １ １月 ３ １日收到 ， ２月 １ ４日修改 第一作者简介 ： 礼坚 （９ ４ ） 广西 桂平 人 ， 师 ， 欧 １７ 一 ， 讲 博士 ， 究 方 研 向： 新船型与节 能技术 。Ｅｍａｌｌ ｕ ｃ ｔｅｕ ｃ 。 — ｉ：ｏ ＠ｓａ．ｄ ．ｎ ｊ
标变化 ， 生成数据文件 ， 导入 Ｕ Ｇ中， 经过 Ｕ Ｇ的曲 线成面的变换后形成螺旋桨几何模型如图 １ 。 １３ Ｃ Ｄ计 算模型 的建 立 ［４ ． Ｆ １ ＿
第 １ ２卷
第１期 １
２ １ ４月 ０ ２年
科
学
技
术
与
工
程
Ｖｏ．１ Ｎｏ １ Ａｐ ．２０１ １ ２ ．１ ｒ ２
１７ — １１ （０ ２ １ —６ ２０ ６ １ ８ ５ ２ １ ） １２ １ —５
Ｓ ｉｎ ｅ Ｔ ｃ ｎ ｌ ｇ ｎ ｇｎ ｅｉ ｇ ｃｅ ｃ ｅ ｈ ｏｏ ｙ ａ ｄ Ｅｎ ｉ ｅ ｒｎ
船舶进出港口水动力特性数值模拟研究
船舶进出港口水动力特性数值模拟研究随着国际贸易的发展，航运业在全球范围内得到了快速发展。
在世界各地的港口，船只们频繁地进出，这就需要对船舶进出港口的水动力特性进行研究，了解港口内部水流的情况，为船只的安全进出提供保障。
水动力特性数值模拟技术是一种非常有效的研究方法。
通过建立数学模型，计算船只在不同环境下的波浪、水流、湍流及其他物理量的变化情况，提高船只进出港口的安全性和环保性。
本文将介绍船舶进出港口的水动力特性数值模拟研究。
一、港口水动力特性模拟方法在船舶进出港口时，水动力特性的模拟可以分为两种方法：CFD模拟和模型试验。
CFD模拟是一种计算流体力学方法，通过建立船舶与水、气、波的相互作用模型，以数值计算的方法模拟船体运动，进而推求水动力特性。
模型试验则是通过制备船舶与水、气、波的模型，进行试验，通过测量试验模型中的水动力特性参数得到。
CFD模拟和模型试验各自有着自己独特的优劣。
CFD模拟具有计算速度快、精度高等优势。
而模型试验则具有实验精度高、可视性好等优点。
对于船舶的设计等工作，CFD模拟是更好的选择，而对于船舶试验等需要更高的精度时，则需要使用模型试验。
二、水动力特性数值模拟的关键问题在港口内进行水动力特性数值模拟时，需要考虑许多因素，如船型、深度、平台状态等。
以下是水动力特性数值模拟的一些关键问题：1. 结构网格的生成结构网格的生成是水动力特性数值模拟的第一步。
准确的结构网格可以减少后续数值计算的误差，同时也有利于加速模拟计算的速度。
因此，生成结构网格时，需要严格遵循网格生成规则，调整网格的形状和大小，使其更加符合实际。
2. 数值计算数值计算是模拟过程中最为关键的一环。
数值计算的精度和速度直接影响到最终的模拟结果。
在进行数值计算时，需要选择合适的计算方法，并根据实际情况进行调整，以减少误差。
3. 模型验证模型验证是水动力特性数值模拟过程中最为重要的环节，可以评估模拟结果的真实性和可靠性。
基于CFD的三体船水动力性能计算
基于CFD的三体船水动力性能计算近年来,随着人们对海洋资源开发的日益迫切以及国际间领海争议的日益激烈,人们对海上运输工具——船舶提出了更高的要求。
高性能船舶也越来越备受关注。
与此同时,由于计算机技术的飞速发展,计算流体力学(Computational Fluid Dynamics, CFD)发展迅速。
CFD由于其设计周期短、成本低、精度高等优点,近年来已逐渐成为科研人员设计新船型的主要方法。
本文基于CFD分析软件STAR-CCM+对不同构型的三体船进行了静水阻力、静水航态、波浪总阻力、零航速横摇等水动力性能的计算研究。
首先,本文对不同构型的三体船进行了0.130<Fr<0.805范围内静水阻力和静水航态的数值计算。
针对不同构型的三体船,对比分析了其试验数据和数值模拟的结果,并给出了相对误差。
当三体船周边出现喷溅现象时,相对误差较大；当三体船的体积傅汝德数Fr▽较高时,其航态与排水航行状态相比发生了明显的变化。
当计算工况的体积傅汝德数Fr▽较高时,应该放开三体船相应的自由度。
随后,本文对不同构型的三体船进行了遭遇频率4.0rad/s<ωe<15.7rad/s 范围内波浪总阻力的数值计算。
相同航速的情况下,在某个遭遇频率范围内三体船的波浪总阻力相对较大,低于或高于这个频率范围的波浪总阻力大致相等。
波浪总阻力成分的分析结果表明：造成不同构型的波浪总阻力曲线差异的主要原因是不同构型三体船间的“压阻力”曲线的变化情况不一致；遭遇频率较大或者较小时,各阻力成分(“摩擦阻力”和“压阻力”)的变化幅值均较小,即各阻力成分的数值相对稳定。
最后,本文对不同构型的三体船进行了2.5rad/s<ωe<5.6rad/s范围内零航速横摇运动的数值计算研究。
数值计算结果表明：当遭遇频率频率较小时,随着遭遇频率的减小横摇运动响应因子RAO趋于某一个常数。
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的船舶双螺旋桨水动力性能分析
基于CFD的船舶双螺旋桨水动力性能分析孔金平;吴波涛;孔令志【摘要】目前,采用双螺旋桨的船舶较为广泛,但是由于船桨之间的相互干扰,造成螺旋桨水动力性能存在差异.本文以某型船舶双螺旋桨作为研究对象,基于滑动网络技术,采用ICEM软件建立螺旋桨的三维模型,采用Fluent软件预报螺旋桨的水动力性能.选取k?ε 和k?ω两种不同的湍流模型,分析了湍流模型对螺旋桨水动力性能的影响.采用对称边界模型对双螺旋桨进行数值计算,与单螺旋桨进行对比分析,双螺旋桨提升了推进效率.【期刊名称】《舰船科学技术》【年(卷),期】2019(041)003【总页数】5页(P37-41)【关键词】CFD;水动力性能;双螺旋桨;滑动网络【作者】孔金平;吴波涛;孔令志【作者单位】中国卫星海上测控部,江苏江阴 214431;中国卫星海上测控部,江苏江阴 214431;中国卫星海上测控部,江苏江阴 214431【正文语种】中文【中图分类】U662.20 引言近年来，越来越多的船舶采用双主机推进，双主机推进可以增强操纵的灵活性和机动性，同时推进效率、使用寿命和经济性也得到提高。
双主机推进时，2个螺旋桨之间存在一定的干扰和相互作用，因此有必要对双螺旋桨的水动力性能进行研究。
CFD方法是目前普遍采用的数值计算方法，已经逐步取代部分模型试验用于船舶水动力性能的预报。
CFD方法不仅花费低、时间短，而且可视化效果好，在节约成本、提供效率方面有明显优势。
本文采用目前国际上比较流行的商用网格划分软件ICEM，建立了某型船舶双螺旋桨系统的三维网格模型，通过商用CFD计算软件Fluent，应用滑动网格技术，对双螺旋桨系统进行了数值计算。
选取2种常用的湍流模型和，分别预报螺旋桨的水动力性能，并进行对比分析。
1 数学模型计算流体动力学（Computational Fluid Dynamics，CFD）是数值计算方法和计算机科学结合的产物。
以计算机为工具，采用离散化的数学方法，对流体的流动包括压力、速度和能量等相关物理量进行数值模拟和分析研究，以解决各类实际问题。
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的喷水推进双体船横移运动水动力性能研究
基于 Ｃ Ｄ 的喷水推进双体船横移运 动 Ｆ 水 动 力性 能研 究
常书平 ，王永生 ，庞之洋 ，丁江 明
（ 海军工程 大学船 舶与动力学院 ，武汉 ４ ０ ３ ３ ０ ３）
摘
要
基于计算流体 力学 （ Ｆ Ｃ Ｄ）理论，选用Ｓ Ｔ ｋ一０ Ｓ ９湍流模 式封 Ｉ ＡＮＳ ￣Ｒ 方程 ，研 究喷水推进双体船横 向 平移运动水 动力性能。对 喷水推进双体船模在不 同横 移航 速下的粘 性流场进行数值模 拟，计算结果和水池拖 曳试验 结果进行 比较，两者 吻合较好，表 明Ｃ Ｄ可以用 于双体船横 移运 动水 动力性 能研 究。通过分析发现 ， Ｆ
船横 移运 动 阻力 ，快速 、准确 地确 定喷 水推 进船 实现 平 移所应 采 取 的操纵 策 略 ，避 免 盲 目操 纵 带来 的 风 险和损 失 ，节省 实船 试航 时所 投 入 的人力 、物 力和 时 间 ，为充 分发挥 喷 水推 进船 特 有 的优 良操 纵性 能和 机动 性 能提 供 了依据 。
能 实现稳 定 的平 移运 动 。该 如何 操作 才 能让 喷水 推进 船 实现 快速 、准确 平移 是 船舶 设计 单位 和使 用单
位都 非常 感兴趣 的课题 。
随着计算机技术的飞速发展和数值方法的不断改进 ，近年来 Ｃ Ｄ较 多地应用于船舶阻力预报中， Ｆ
并表现 出了 良好 的适 用性 和 可信性 。本文 基 于 Ｃ Ｄ 理论 ，开发 了确 定某 喷水 推进 双体 船横 向平 移 （ Ｆ 运
１ 基 础 理 论
１１ 控 制 方 程 ．
不可压 缩粘 性流 体 的连续性 方程 和动 量方＝一＋ － ｊ ＋ 考ｐＪ ， 筹考 善 Ｉ ｕ ｉ
－
ｃ ２ ’
基于CFD的对转螺旋桨水动力性能分析
舰船科学技术 SHIP SCIENCE AND TECHNOLOGY
Vol. 41, No. 2 Feb. , 2019
基于 CFD 的对转螺旋桨水动力性能分析
孙承亮1,2，赵江滨1,2 (1. 武汉理工大学 能源与动力工程学院，湖北 武汉 430063； 2. 国家水运安全工程技术研究中心可靠性工程研究所，湖北 武汉 430063)
摘 要: 基于雷诺平均纳维—斯托克斯（RANS）法，利用 SolidWorks 和 Ansys 分别进行螺旋桨建模和水Байду номын сангаас力 计算。在 3 种不同的湍流模型下分别计算螺旋桨的敞水性能，结果表明 SST k-ω 模型与试验值贴合较好，为最佳湍
流模型。通过对对转桨的桨距比和直径比的研究，得到两者的最优值，在该情况下对转桨的敞水效率最高，并通过
第 41 卷
孙承亮，等：基于 CFD 的对转螺旋桨水动力性能分析
· 37 ·
如表 1 所示。对转桨由 2 个 MAU 型单桨组成，其基本 配合参数包括桨距比 L/D（两桨 0.7 R 处的轴向距离与 螺旋桨直径的比值，L 表示两桨 0.7 R 处的轴向距离，R 表示螺旋桨半径，D 表示直径）和直径比 Da/Df（后桨 直径与前桨直径的比值，Da 为后桨直径，Df 为前桨直 径），L/D 和 Da/Df 的变化对对转桨的性能有重要影响。
2. Reliability Engineering Institute, National Engineering Research Center for Water Transport Safety (WTS), Wuhan 430063, China)
Abstract: SolidWorks and Ansys were used for propeller modeling and hydrodynamic calculation respectively based on RANS. The open water performance of propeller was calculated under three different turbulence models, and the results showed that SST model fited best with test value, which was the optimal turbulence model. Through the study of the pitch ratio and diameter ratio of counter-rotating propellers, the optimum value was obtained, and in this case the open water efficiency of counter-rotating propellers is the highest, then it was verified by the wake analysis. In order to compare with equivalent single propeller hydrodynamic performance of the counter-rotating propeller, the equivalent single propeller model was built, under the same power coefficient comparison, results showed that the counter-rotating propeller had obvious advantages in terms of efficiency.
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的直翼推进器水动力性能研究及参数影响分析
基于CFD 的直翼推进器水动力性能研究及参数影响分析史俊武，丁晨，刘爱兵，杨文凯（上海船用设备研究所，上海200031）摘要：本文在直翼推进器工作原理分析的基础上，以某型直翼推进器的缩比试验模型为研究对象，利用CFD 方法进行了建模与仿真，对该型直翼推进器流场特性、敞水性能、桨叶载荷等水动力特性进行了研究，并对不同桨叶结构参数对推进性能的影响进行了比较分析，可为直翼推进器水动力性能预报、桨叶及推进器机构设计与优化提供有效支持。
关键词：直翼推进器；水动力性能；计算流体力学；数值仿真中图分类号：U664.33文献标识码：Adoi:10.3969/j.issn.1007-7294.2021.02.006Hydrodynamic performance research and parameter effectanalysis for cycloidal propellers based on CFDSHI Jun-wu ,DING Chen ,LIU Ai-bing ,YANG Wen-kai(Shanghai Marine Equipment Research Institute,Shanghai 200031,China)Abstract:The hydrodynamic performance is the key to the design of a cycloidal propeller.In the research,aimed at the reduced-scale model of a cycloidal propeller,the numerical modeling and simulation are con⁃ducted by means of computational fluid dynamics (CFD)method,based on which,the hydrodynamic perfor⁃mances including flow field characteristics,open water characteristics,and hydrodynamic loads of propeller blades are analyzed,and the influences of the structural parameters of the blades on the hydrodynamic perfor⁃mances are proposed.The results of the research can provide effective supports for hydrodynamic perfor⁃mance prediction of the cycloidal propellers,and for structural design and optimization of the blades and pro⁃pellers.Key words:cycloidal propeller ；hydrodynamic performance ；computational fluid dynamics (CFD)；numerical simulation0引言直翼推进器（如图1所示）是一种安装有直翼型桨叶的特种推进器，其转轴垂直于船体设置。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
基于CFD 的船舶水动力分析
1引言
近年来，随着计算机技术和计算技术的突飞猛进，计算流体力学（CFD ）也得到了长足的发展。
基于CFD 软件船舶水动力学方面的数值模拟，因为具有费用低、无触点流场测量、无比尺效应、能消除物模中由传感器尺寸及模型变形等因素对流场的影响、可获得较为详细的流场信息等优点而广受关注，应用范围越来越广。
船舶 CFD 是伴随着电子计算机的高速发展，与船舶流体力学相结合的数值模拟产物。
船舶CFD 的应用能提高设计质量、缩短设计周期、降低设计成本，因而得到了普遍的重视，是国际船舶界十分活跃的前沿研究课题。
计算流体力学在船舶流体力学领域中应用的地位正在不断上升，作用正日益增大。
船舶 CFD 技术的长远目标，是代替船模试验，为船舶水动力性能设计提供一个全雷诺数的数值模拟工具。
它不仅可以预报各类船舶在静水中航行时的阻力，以及与推进装置结合起来的推进性能，它还可以根据风、浪、流等环境载荷，预报实尺度船舶在海浪上的航行性能，包括快速性与波浪失速。
随着计算机与信息处理技术的发展、湍流理论的突破及非线性波浪数值模拟技术的进展，这个现今还只是梦想的目标相信会在不远的将来得以实现。
2 计算模型及数值模拟
2.1数值模拟设计
纯纵荡运动是平面运动机构(PMM)可以实现的典型运动方式之一。
如图1所示，纯纵荡水池中船模沿水池中心线匀速运动的同时，叠加一个纵向位移。
，相应的t Z Z ωωνcos '0==。
由于船模的中心线始终和船池中心线平行，即首向不变，则φ=ψ=r=0。
如图2所示，若将试验中的船模看作是静止的，则作用于船模上的水流可以沿船模X 方向的水流Fx ，速度大小随时间呈正弦(或余弦)变化，为t Z ωωνc o s 0= 。
通过模拟两个方向上的水流分量，可以求得船模在做纯纵荡运动时的纵向受力Z 和力矩N 。
经公式(1)(2)可以求得位置导数。
2.2数值模拟的实现
2.3数值的提取和处理
3算例
3.1舰模参数和计算与生成
3.2网格生成和边界条件
3.3计算结果
3.4数值的提取和水动力导数计算。