船模自航试验数值模拟研究
船舶水动力性能的实验与数值模拟优化
船舶水动力性能的实验与数值模拟优化船舶的水动力性能对于船舶的航行性能和能源效率有着直接的影响。
为了改善船舶的性能，实验与数值模拟的方法被广泛应用于船舶设计与优化过程中。
本文将从实验与数值模拟两个方面探讨船舶水动力性能的实验与数值模拟优化方法。
一、船舶水动力性能的实验方法实验是研究船舶水动力性能的一种重要手段。
通过实验，可以获取真实的船舶性能数据，并与理论计算进行对比和验证。
以下是一些常用的船舶水动力性能实验方法：1. 模型试验模型试验是通过制作船舶的缩比模型，利用水槽或风洞等实验设备进行试验研究。
该方法可以较真实地模拟船舶在实际航行中的水动力性能，并提供大量的试验数据。
模型试验通常包括阻力试验、浪阻试验、操纵性试验等。
2. 全尺寸试验全尺寸试验是在实际船舶上进行的试验研究。
通过在实船上设置传感器和数据采集装置，可以获取船舶在实际工况下的性能参数。
全尺寸试验可以提供更真实的性能数据，但成本较高且受到环境条件的限制。
3. 水池试验水池试验是对船舶水动力性能进行研究的一种方法。
通过在水池中进行船模的运动试验，可以获取船舶在不同工况下的性能参数。
水池试验不受气候和水流等因素的限制，可以重复进行试验，但模型与实船之间的尺度效应需要考虑。
二、船舶水动力性能的数值模拟优化方法数值模拟优化方法通过数值计算模拟船舶在不同工况下的水动力性能，从而对船舶的设计和优化进行指导。
以下是一些常用的船舶水动力性能数值模拟优化方法：1. 流体力学模拟流体力学模拟是通过数值计算方法模拟船舶在水中的运动行为和水流的变化情况。
通过建立数学模型和物理模型，可以计算船舶的阻力、扭矩、速度等性能参数。
流体力学模拟可以提供详细的流场信息和水动力参数，为船舶的设计和优化提供依据。
2. 多孔介质模拟多孔介质模拟是通过建立多孔介质的数学模型，模拟船舶在泥沙床或海底地形上行驶的情况。
通过模拟船舶与底部泥沙的相互作用，可以评估船舶在特定水域的航行性能。
实际海浪环境下船模运动性能物理仿真试验研究的开题报告
实际海浪环境下船模运动性能物理仿真试验研究的开题报告一、选题背景随着经济的发展和科技的进步，海洋经济得到了快速发展。
在海洋经济发展中，船舶作为最基础的运输工具之一，其发展水平和技术水平对海洋经济影响深远。
因此，对船舶的性能和安全性的研究成为了当前航海科技领域的热门话题。
其中海浪环境下船模运动性能物理仿真试验研究，是一个非常有前景和实际应用价值的课题。
二、研究内容和目的本研究的主要内容是基于实际海浪环境下进行船模运动性能物理仿真试验研究。
目的是通过仿真试验收集数据，深入分析船舶在海浪环境下的运动性能，为改进船舶设计和提高航行安全性提供有效的技术支持和科学依据。
具体来说，本研究将通过建立足够精细的船模运动性能物理仿真模型，模拟实际海浪环境下的船舶运动情况，并对模拟数据进行分析和归纳。
通过模拟试验可以获得船舶在不同海况下的响应特性，包括波浪载荷、船舶运动振动、推进和操纵性能等方面的数据。
从而对沿海交通、港口航运和海上安全等领域的相关问题提供解决方案和技术支持。
三、研究方法和步骤本研究的主要方法是基于数值仿真技术，建立船舶运动性能物理仿真模型并进行实际海浪环境下的仿真试验。
具体的步骤如下：（1）采集海浪数据。
通过历史气象数据和实测数据，获取具有代表性的海浪数据；（2）建立船模运动性能物理仿真模型。
根据海洋工程力学等相关知识，建立足够精细的船模运动性能物理仿真模型；（3）进行仿真试验。
将所建立的仿真模型输入计算机程序，对船舶在不同海况下的响应特性进行模拟试验，并记录相关的数据和结果；（4）数据分析和归纳。
对模拟试验所获得的数据进行分析和归纳，找出特征和规律，并阐明其影响因素和机理。
四、研究预期成果本研究的预期成果主要包括：（1）实际海浪环境下船舶运动性能的揭示和分析；（2）深入了解船舶在海浪环境下的运动响应特性，为相关领域提供技术支持和科学依据；（3）建立起适用于实际海浪环境下的船舶运动性能物理仿真模型，为船舶设计和安全运行提供技术支持。
(船舶与海洋工程概论)08.物理模型试验与数值模拟
对常规项目按规范进行设计
研究
对特殊项目进行专门分析
管理
施工
检验
5
10.1.1.2工程问题的研究途径
1.理论分析与数学模型
对工程问题进行简化后,建立数学模型,推导公式,得出微分方程,分析边
界条件与初始条件。但一般方程无法求出解析解。
2.数值模拟
利用有限元工具，在计算机上建立数值模型，利用分析的边界条件与
10.物理模型试验与数值模拟
1
船舶与海洋工程研究手段
理论分析 实船测试 模型试验 数值模拟
2
3
10.1 物理模型试验
10.1.1 引言 10.1.2 量纲与因次分析 10.1.3 相似理论 10.1.4 船舶与海洋工程模型试验
4
10.1.1引言
10.1.1.1海洋工程项目完成过程
10.1.2.1量纲与单位
基本量纲
质量M,长度L,时间T和温度θ
次要量纲
如力,由
F ma
则量纲形式
F MLT 2
7
10.1.2.2在国际单位制和英制系统中的量纲和单 位
8
10.1.2.3 常用 的海洋和流体 特性量纲
9
10.1.2.4 因次分析
因次分析用来减少控制特定物理问题的 实验物理变量的数目和复杂度。
如问题依赖于n维变量，因次分析可减为 k个无因次变量，j=n-k为控制问题的基本 量纲数。
10
10.1.2.5因次分析法
---Buckingham π 定理
将物理变量的数目减少到一更小数目的 无因次数群。无因次数群的数目是定义
为π1, π2, …, πk的幂乘积。
一个物理过程包括n维物理过程
25
浸没式喷水推进自航试验及数值模拟
第21卷第4期 2017年4月船舶力学Journal of Ship MechanicsVol.21No.4Apr. 2017文章编号院1007-7294(2017)04-0407-06浸没式喷水推进自航试验及数值模拟易文彬，王永生，刘承江，彭云龙(海军工程大学动力工程学院，武汉430033)摘要:浸没式喷水推进器与船体髙度融合，难以通过试验的方法测量推进器各部件受力，因此文中采用船模水池 试验和数值模拟相结合的方法来分析浸没式喷水推进的水动力特点。
该文首先开展了船模拖曳阻力试验，测量 了船模阻力、纵倾角及重心升沉。
然后开展船模自航试验，测量了船模纵倾角、升沉及轴的转速、力矩、推力等数 据。
基于C F X软件，对拖曳阻力试验及船模自航试验进行了数值模拟。
在四个不同航速下的数值模拟中，阻力计 算误差在3.7%以内，轴推力计算误差在2.7%以内，轴力矩计算误差在4.6%以内，试验测量值和C F D预报值吻 合较好。
通过数值模拟可以进一步得到浸没式喷水推进器上各部件的受力情况，栗的流量、扬程及其它流场信 息，克服了浸没式喷水推进器推力测量和流场测量的困难。
关键词：CFD;自航试验；浸没式；喷水推进中图分类号：U661.3 文献标识码：A doi: 10.3969/j.issn.1007-7294.2017.04.004Submerged waterjet self-propulsion test andnumerical simulationYI Wen-bin,WANG Yong-sheng,LIU Cheng-jiang,PENG Yun-long(College of Marine Power Engineering, Naval University of Engineering, Wuhan 430033, China)A b stra ct：Because the submerged waterjet propulsor is fully integrated in the ship,the force on propulsor is hard to measure in towing tank test.In this paper,towing tank test method and numerical simulation method were combined to predict the performance of submerged waterjet.The resistance,trim angle and sinkage of ship model were measured in towed resistance test.And the self-propulsion test was conducted and the rotation speed,torque and thrust of shaft,etc.were measured.The towed resistance test and selfpropulsion test were numerically simulated based on CFX software.The predicted resistance error was within 3.7%, the shaft thrust error was within 4.7% and the shaft torque error was within 4.6% at four different speeds.Proved by towing tank test,numerical simulation could get the thrust of submerged waterjet propulsor,massflow,head and other flow field information in addition,solving the difficulties in measuring thrust and flow field.Key w ords:CFD;self-propulsion test;submerged;waterjet0引言喷水推进以其推进效率高、抗空化性能好、水下辐射噪声低、操纵性好和船外无附体适合浅水航 行等优点，已成为国外高速高性能舰船首选的推进方式[1-2]。
船模自航试验数值模拟研究_程宣恺
其中D为螺旋桨直径，如图1所示。船模阻力和自航试验模拟，采用自由模，计算区域为半个圆柱，即纵向 从船艏向前延伸0.5个船长，从船艉向后延伸1个船长；横向从中纵剖面向两侧各延伸2.5个船长；垂向从静 水面向下延伸2.5个船长，进行整船计算见图2。
图 1 螺旋桨敞水区域划分
图2
船体区域划分
12
船舶与海洋工程 2013 年第 3 期
1
1.1
数学模型
控制方程与湍流模式 不可压缩黏性流体的连续性方程和 RANS 方程可写成如下形式： u j 0 x j
(1)
ui ui uiuj 2ui 1 p uj fi t x j x j x j x j xi
(2)
应该强调指出的是方程（1） 、 （2）不是封闭的，因此需要寻求补充关系-湍流模型，使方程封闭，采用 SST k 湍流模式进行数值计算。SST k 湍流模型在处理近壁处流动时采用标准 k 湍流模型；在处 理边界层边缘和自由剪切层时，采用 k 湍流模型，更适合于对流减压区的计算，并且方程还考虑了流 动的正交发散项，从而使方程在近壁面处和远壁面处都适合见式（3）和（4）。
控制方程使用有限体积法离散，其中对流项采用二阶迎风差分格式。入口边界采用速度入口；出口边 界采用自由出流；螺旋桨和船体表面为滑移壁面。 1.4 网格数及划分形式 数值模拟中采用全结构化网格，网格的拓扑关系为：横向为 O 型网格，纵向为 H 型网格。螺旋桨敞
水数值模拟的网格数约 40 万，见图 3；船模阻力和自航试验的数值模拟总网格数约 400 万，见图 4。
时的强制力 FD 值，事先在船模上予以扣除，使得拖曳力 Z 等于强制力 FD ，然后调节螺旋桨的转速，使其 发出的推力恰能克服阻力 ( Rm FD ) ，保持船模速度与拖车的速度 Vm 相等。
基于CFD仿真模拟的船模自航试验数据处理
基于CFD仿真模拟的船模自航试验数据处理郭春雨;赵庆新;赵大刚【摘要】考虑到CFD仿真模拟和模型试验之间存在不同之处,原有的自航试验数据处理方法并不适用于CFD仿真模拟,以某75 000 t散货船为研究对象,研究CFD 仿真模拟自航试验及数据处理方法,并用CFD手段定性分析推力减额系数、伴流分数等参数.【期刊名称】《船海工程》【年(卷),期】2013(042)003【总页数】4页(P17-20)【关键词】CFD;自航试验;相互干扰;换算方法【作者】郭春雨;赵庆新;赵大刚【作者单位】哈尔滨工程大学船舶工程学院,哈尔滨150001;哈尔滨工程大学船舶工程学院,哈尔滨150001;哈尔滨工程大学船舶工程学院,哈尔滨150001【正文语种】中文【中图分类】U661.2随着CFD技术的发展，利用CFD技术模拟船模阻力试验和螺旋桨敞水试验的研究已有很多［1］，并已达到较高精度，而模拟船模自航试验的研究很少。
用CFD 模拟自航试验的难点主要有三个方面:一是模拟自航试验需对船-桨-舵系统整体求解。
以往研究船-桨-舵之间相互影响的方法是用力场模拟方法或混合面模拟来代替真实的螺旋桨［2］。
这种方法只考虑了螺旋桨力的影响而没考虑其几何形状，不能体现桨作用区真实流场的复杂性;二是真实的船舶在航行时流体会在船的某个部位产生流动分离。
但在模型试验时，由于模型尺寸小流动不分离，导致实验中的流场与真实流场不相同，兴波阻力较小。
由于CFD技术还无法模拟激流丝，目前不能充分考虑兴波阻力;三是由于CFD仿真模拟是虚拟模拟，不同于试验中有拖车拖动，因此无法得到拖力-转速曲线，而实船自航点的确定根据该拖力-转速曲线，故现有的自航试验数据处理方法并不适用于CFD仿真模拟的结果。
本文采用RANS方法进行船-桨-舵整体数值计算［3］;根据兴波阻力的特点，提出忽略兴波作用的处理方法;通过大量的CFD模拟计算数据和试验数据对比，发现当船模速度和螺旋桨转速相同时，船模系统总受力和模型试验中的拖力相差很小;根据受力平衡方程，判断系统总受力即为模型试验中的拖力，由此得到拖力-转速曲线。
数值模拟在船舶运动研究中的应用
数值模拟在船舶运动研究中的应用随着科技的发展，数值模拟成为了研究船舶运动的重要手段之一。
数值模拟是一种基于计算机计算和模拟来分析某个系统或过程的方法。
在船舶运动研究中，数值模拟可以帮助研究者更好地了解船舶运动的行为，并对船舶设计进行优化。
数值模拟的优势相较于常规试验，数值模拟具有以下几点优势：1. 数据采集更全面：试验往往只能获取一些特定条件下的数据，而数值模拟可以模拟多种不同的条件，对船舶性能进行综合分析。
2. 计算速度更快：数值模拟只需要输入一些必要的数据，就能以很快的速度进行计算，从而获得更快速的结果。
3. 成本更低：试验需要消耗大量的资金和人力，而数值模拟的成本相对较低，不需要消耗太多的物质和人力资源。
应用领域在船舶运动研究中，数值模拟可以应用在以下领域：1. 海况模拟数值模拟可以帮助研究者模拟各种不同的海况条件，如波浪高度，风速等，并以此来推断船舶在不同海况下的唯一性，进而进行船舶优化设计。
2. 流体分析数值模拟可以进行流体分析，模拟各种不同的流体行为，如船舶水动力学、水文波浪等等，以此来帮助研究者实现船舶运动性能的提高和优化。
3. 舵机分析数值模拟也可以用于分析船舶舵机的运动情况，以此来评估船舶的舵机稳定性和舵机位置的控制精度等。
4. 碰撞模拟船舶运行中难免会发生各种不同的碰撞，而数值模拟可以帮助研究者模拟各种不同的碰撞条件，并以此来实现船舶设计的完善和安全性的提高。
5. 耦合模拟数值模拟还可以将各种不同的模拟技术进行综合，进行耦合模拟，在不同的领域中结合运用，以此来更好地理解和研究船舶的运动特性。
总结数值模拟在船舶运动研究中具有显著的优势，并且在多个领域中都有着广泛的应用。
随着科技的发展，数值模拟技术也将不断得到完善和提高，对于船舶的设计和运动研究具有越来越重要的意义。
船舶操纵性能数值模拟研究
船舶操纵性能数值模拟研究船舶操纵性能是指船舶在各类航行条件下的稳定性、敏感度、转向性等方面的性能，是船舶设计和运营的关键指标之一。
为了更好地优化船舶的性能，提高其安全性和经济性，船舶操纵性能的数值模拟研究逐渐受到关注。
一、船舶操纵性能数值模拟研究的发展历程船舶操纵性能数值模拟研究最早可以追溯到20世纪60年代。
当时，美国海军研究办公室开展了一项名为“PMM（planar motion mechanism）”的实验，利用机械手臂控制模型船在水池中运动，测量船模在波浪和海流条件下的漂移、加速度、速度等基本参数，通过这些试验数据进行船舶操纵性能的仿真。
不过，由于当时计算机的处理能力较弱，模型缺乏真实性，无法满足实际需求，船舶操纵性能数值模拟研究并没有能够得到广泛发展。
随着计算机处理能力的提高和仿真技术的成熟，这一领域的研究逐渐复苏。
近年来，随着CFD（computational fluid dynamics，计算流体动力学）技术的广泛应用，以及海洋工程和水运领域的发展，船舶操纵性能的数值模拟研究又迎来了新的发展机遇。
二、船舶操纵性能数值模拟研究的意义为什么要进行船舶操纵性能数值模拟研究？其意义在于：1. 提高船舶性能分析的准确性和精度。
可以利用模拟技术对船舶运动进行计算和分析，帮助设计人员预测船舶的运动状态、防止运动失控，从而使船舶在多种操纵条件下保持稳定、安全、经济的运行状态。
2. 优化船舶设计。
通过模拟技术可以评估船舶的设计方案，对比不同方案的性能优劣，针对性优化设计，降低船舶建造成本、提高经济性。
3. 提高船员的安全意识。
通过模拟器进行操纵训练可以提高船员的操作技能和安全意识，减少操作失误带来的风险，进一步提高航海安全性。
三、船舶操纵性能数值模拟研究的技术手段船舶操纵性能数值模拟研究主要依赖于CFD技术，特别是CFD中的VOF（volume of fluid，流体体积分数）方法，从而模拟船舶运行状态。
船模自航试验实验报告
船模自航试验报告
一、船模自航试验的现实意义和目的
通过船模阻力试验及螺旋桨模型敞水试验，我们分别求得船体阻力曲线及螺旋桨敞水性能曲线。
但实际上，船体和螺旋桨对实船而言是一个整体，按装于船体后面的螺旋桨与船体之间彼此影响附近的水流速度场和压力场，而且这种影响非常复杂，迄今还不能用纯粹的理论计算方法求得。
依目前的研究水平，船模自航试验仍然是研究船体和螺旋桨之间相互作用的最好方法。
船模自航试验的主要目的：
1、分析研究各种推进效率成份，研究桨、船两者的相互影响，从而为螺旋桨的修改设计提供依据，或从若干船体与螺旋桨的组合方案中选优。
2、预报实船性能。
即通过试验给出主机功率、转速和船速之间的关系，得出实船的航速预报。
3、判断螺旋桨、主机、船体之间的配合是否良好。
二、船模自航试验报告
1 试验相关数据
船模满载吃水状态水线长度：L=3.803m
船模满载吃水状态浸湿面积：S=2.737m²
模型缩尺比：λ=40
螺旋桨模型直径：D=0.1175m
螺旋桨模型叶数：Z=4
螺旋桨模型缩尺比：P/D=0.8
2实验数据（试验水温：t=淡水20℃）
3船模自航实验曲线图（n—z、T、Q）。
船舶水动力性能数值模拟研究
船舶水动力性能数值模拟研究船舶在水中航行时，受到水的阻力、波浪、涡流等水动力因素的影响。
为了更好地理解船舶的运行特性，设计师需要进行水动力性能数值模拟研究。
本文将探讨船舶水动力性能数值模拟研究的重要性、方法以及发展前景。
一、船舶水动力性能数值模拟研究的重要性船舶的水动力性能数值模拟研究对于船舶设计和运行有着至关重要的作用。
首先，船舶的水动力性能数值模拟可以为设计师提供有效的工具，帮助他们理解船舶的设计和特性。
通过模拟，设计师可以了解船舶的航速、载荷、阻力和稳定性等方面的性能，并优化船舶的设计，提高航行效率和经济性。
其次，在船舶的运行过程中，水动力因素也是一个非常重要的因素。
在波浪和海流等外部环境干扰下，船舶的水动力特性将会发生很大变化，如果没有充分的理解和掌握，将会给船舶的安全运营带来极大的风险。
因此，通过水动力性能数值模拟研究，可以更好地预测船舶在复杂的环境下的运行特性，并为船舶运行提供安全保障。
二、船舶水动力性能数值模拟方法船舶水动力性能数值模拟方法主要有三种：CFD（计算流体力学）数值模拟、数值波浪水池模拟和大型模型试航。
下面详细介绍一下这三种模拟方法。
（一）CFD（计算流体力学）数值模拟CFD是一种模拟流体力学问题的计算方法，可以准确地模拟船舶的运行状态，并预测船舶的水动力性能。
CFD数值模拟可以用于模拟船体在复杂的水流和风场等环境中的运动、阻力和稳定性等特性，并通过CFD模型优化船体的设计。
（二）数值波浪水池模拟数值波浪水池模拟是一种将波浪力和船舶力平衡在一起的数学模型。
通过这种模拟，可以掌握船舶在波浪中的运动特性、浪前阻力和波形等水动力参数。
在这种方法中，通过数值方法求解波浪力和船舶力之间的平衡，以此评估船舶的运动特性。
（三）大型模型试航大型模型试航是通过建立实物模型、放置在大型水池中进行水动力试验，了解船舶水动力性能的一种方法。
这种方法的优点是可以接近实际情况，模拟真实的水动力情况。
现代船舶建造的数值模拟与优化研究
现代船舶建造的数值模拟与优化研究船舶作为海运交通工具的核心，其设计、建造和维护都直接影响着海洋经济的发展和国家安全。
然而，除了受到自然环境和人为操作的影响外，当前的船舶设计和建造也面临着一系列的挑战和困难，因此，通过数值模拟和优化研究提高船舶建造的质量和效率成为了一种重要的手段。
船舶建造的数值模拟数值模拟在船舶建造过程中被广泛应用，可以对船体结构、流体力学性能和动力系统进行分析和优化，从而提升船舶的性能、降低建造成本和风险。
船体结构模拟是指通过数值方法对船体的结构进行分析和优化，以提高强度、刚度、稳定性和舒适性等方面的性能。
船体结构的数值模拟主要包括有限元分析、流固耦合分析和多物理场耦合分析等方法，其中有限元分析是最常用的一种方法。
通过将船体结构分割成一个个小单元，利用能量平衡原理、弹性力学原理和材料力学原理等基础理论建立数学模型，进行工程计算和分析，从而可以对船体结构的强度、损伤和疲劳等问题进行评估和优化。
流体力学性能模拟主要是指对船舶的流体力学性能进行数值模拟，从而提高船体造形、舵型和推进装置的效率和稳定性。
船舶流体力学性能模拟的方法包括计算流体力学、虚拟试航和水动力性能试验等。
其中，计算流体力学是通过数学建模和计算机模拟，对水流和船体相互作用的物理过程进行数值计算，从而获得船舶的流体力学参数和性能指标，以指导船体造型和推进装置设计；而虚拟试航则是通过虚拟仿真技术，对船舶在实际航行条件下的流体力学行为进行模拟和评估，从而提高航行安全和效率；水动力性能试验则是对船舶的水动力性能进行实际试验，通过实验数据对船舶流体力学性能进行评估和优化。
动力系统模拟主要是指对船舶动力系统进行数值计算和优化，以提高其燃油效率和运行可靠性。
船舶动力系统模拟主要包括传动系统和燃油系统的数值模拟，通过建立传动系统和燃油系统的数学模型，对动力系统的功率、燃油消耗、振动噪声等问题进行分析和优化。
船舶建造的优化研究通过数值模拟的手段，可以对船舶的建造质量和效率进行提升，同时也可以为船舶的优化研究提供更加精准的数据和方法。
船舶浪流场数值模拟研究
船舶浪流场数值模拟研究船舶是人类赖以生存和发展的重要交通工具，其流体动力学特性是造船工业和航海技术研究的重点之一。
其中对于船舶在海面上的波浪和流场问题，一直以来都是困扰人类的难题。
如何减小船舶在海上的阻力、提高船速，以及船舶在海上的稳定性等问题，都需要对其波浪和流场进行深入研究和分析。
数值模拟作为求解流体动力学问题的有效手段之一，近年来得到了广泛的应用。
数值模拟可以精细地描绘船舶在海上的波浪和流场特性，从而为改善船舶水动力性能提供理论基础和技术支持。
1. 浪场数值模拟在海面上，波浪是一种典型的自然现象，其形成和演化涉及到许多因素，如海洋波浪的主要风向、波浪的传播速度、波长、波高等。
为了更好地研究波浪的特性和对船舶的影响，科学家们利用计算机模拟方法，对浪场进行数值模拟。
数值模拟基于计算机辅助的数值方法，通过列出波浪的基本动力学方程，对波浪进行模拟。
包括海水自由面的基本方程、接触线条件和边界条件等。
利用计算机运算，就可以得到海面上各个点的波浪高度、波长、波速等基本参数，甚至预测未来的浪况。
在对浪场进行数值模拟时，需要考虑各种可能的外界因素对模拟结果的影响，如海水温度、海洋风速和气压等。
同时还要考虑不同波浪深度下的波浪传播速度、衍射和折射效应等。
对于船舶来说，必须深入分析和了解波浪的特性，以便在海上航行时正确处理不同的波浪情况，提高船舶的安全性和航行效率。
2. 流场数值模拟除了波浪，船舶在海上还会受到各种流体动力学因素的影响，如水流的速度、方向和湍流等。
为了研究船舶在不同流场条件下的水动力性能，需要进行流场数值模拟。
流场数值模拟的基本原理是求解流体的守恒方程和运动方程，以计算流体的速度、压力和密度等基本参数。
为此，需要建立适当的数学模型和计算模拟算法。
此外，还需考虑各种外界影响因素，如流体物理性质、流体动力学因素和流场中物体的形状和大小等等。
对于船舶的水动力性能研究，流场数值模拟可以精确地计算出船舶在不同速度和流体动力因素下的阻力、浮力和推力等参数。
船舶航行性能的数值模拟与分析
船舶航行性能的数值模拟与分析船舶作为重要的水上交通工具，其航行性能的优劣直接关系到航行的安全、效率和经济性。
随着计算机技术的飞速发展，数值模拟已成为研究船舶航行性能的重要手段。
通过数值模拟，可以在船舶设计阶段就对其航行性能进行预测和优化，从而减少试验次数、缩短研发周期、降低成本。
数值模拟的基本原理是基于流体力学和船舶动力学的相关理论，将船舶和周围的水流视为一个连续的流体场，通过求解一系列的控制方程来获得船舶周围流场的压力、速度等参数，进而计算船舶的航行性能。
在船舶航行性能的研究中，常用的数值模拟方法包括有限元法、有限体积法和边界元法等。
船舶航行性能主要包括阻力性能、推进性能、操纵性能和耐波性能等方面。
阻力性能是船舶航行性能中的一个关键指标，它直接影响船舶的动力需求和燃油消耗。
通过数值模拟，可以对船舶在不同速度、吃水和姿态下的阻力进行计算，并分析船体形状、附体布置等因素对阻力的影响。
例如，优化船体的首部形状可以减少兴波阻力，而合理设计船底的粗糙度可以降低摩擦阻力。
推进性能是衡量船舶动力系统效率的重要指标。
数值模拟可以用于研究螺旋桨的水动力性能，包括推力、扭矩和效率等。
通过模拟螺旋桨在不同转速和进流条件下的工作情况，可以优化螺旋桨的叶片形状和布置，以提高推进效率。
同时，还可以考虑螺旋桨与船体之间的相互干扰，从而更准确地评估推进系统的性能。
操纵性能是船舶在航行中改变航向和速度的能力。
数值模拟可以模拟船舶在不同舵角和螺旋桨转速下的运动响应，计算船舶的回转半径、转向时间等操纵性指标。
对于多桨多舵的船舶，还可以研究不同桨舵组合对操纵性能的影响。
此外，还可以通过模拟船舶在风浪中的操纵情况，评估船舶在恶劣海况下的操纵安全性。
耐波性能是船舶在波浪中航行时的性能表现，包括船舶的运动响应、砰击和上浪等。
数值模拟可以模拟船舶在规则波和不规则波中的运动，分析船舶的纵摇、横摇和垂荡等运动特性。
通过优化船舶的型线和结构，可以减少船舶在波浪中的运动幅度，提高船舶的舒适性和安全性。
实船自航试验数值模拟及尺度效应分析
实船自航试验数值模拟及尺度效应分析
李亮;王超;孙帅;孙盛夏
【期刊名称】《哈尔滨工程大学学报》
【年(卷),期】2016(037)007
【摘要】以KCS船和KP505桨为计算对象，采用RANS方法和VOF模型，开展了考虑自由液面的实船自航试验数值模拟。
首先进行KCS船模自航点工况下的流场计算和KP505桨的敞水性能计算，计算结果与试验值吻合较好，验证了计算方法的可行性。
本文分析了船体阻力、波形和速度场的尺度效应，获得了实船的推进因子。
根据数值自航试验曲线确定了自航点，进而插值计算得到实船推进因子，并分析发现自航点转速和伴流分数尺度效应明显。
结果表明：实船伴流分数要小于船模，自航点转速要大于船模。
【总页数】7页(P901-907)
【作者】李亮;王超;孙帅;孙盛夏
【作者单位】哈尔滨工程大学船舶工程学院，黑龙江哈尔滨150001;哈尔滨工程大学船舶工程学院，黑龙江哈尔滨150001;哈尔滨工程大学船舶工程学院，黑龙江哈尔滨150001;哈尔滨工程大学船舶工程学院，黑龙江哈尔滨150001
【正文语种】中文
【中图分类】U661.3
【相关文献】
1.实尺度喷水推进船拖泵工况数值模拟与分析 [J], 靳栓宝;沈洋;王东;刘涛;魏应三;胡鹏飞;祝昊
2.带前置导叶桨潜艇自航试验的数值模拟与自航因子预报 [J], 杨仁友;沈泓萃;姚惠之
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4.300m^3/h自航喷射式挖泥船的设计和实船试验 [J], 胡勇
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船舶操纵性能的数值模拟与优化
船舶操纵性能的数值模拟与优化船舶操纵性能的数值模拟与优化是一种通过计算机仿真和优化方法，对船舶的操纵性能进行分析和改善的过程。
在现代船舶设计和航行控制中，数值模拟和优化已经成为一种重要的工具和方法。
本文将介绍船舶操纵性能模拟与优化的基本原理和方法，并探讨其在船舶设计和运行中的应用。
一、数值模拟方法1. 流体力学方法流体力学方法是一种基于流体力学原理的计算方法，用于模拟船舶在水中的流动和操纵性能。
通过求解流体力学方程组，可以得到船舶在不同条件下的流场分布和水动力特性。
这些数据可以用来评估船舶的操纵性能，并设计舵型和螺旋桨等船体部件。
2. 多体动力学方法多体动力学方法是一种基于多体动力学原理的计算方法，用于模拟船舶的运动和操纵性能。
通过求解牛顿运动定律和船舶动力学方程，可以得到船舶在不同操纵条件下的运动轨迹和性能指标。
这些数据可以用来评估船舶的操纵性能，并优化操纵策略和控制系统。
二、优化方法1. 遗传算法遗传算法是一种模拟自然界生物遗传和进化过程的计算方法，用于求解复杂的优化问题。
在船舶操纵性能的优化中，遗传算法可以用于寻找最优的舵型和螺旋桨设计参数，以及最优的操纵策略和控制系统参数。
通过多次迭代和交叉变异，可以逐步优化操纵性能。
2. 粒子群算法粒子群算法是一种模拟鸟群和鱼群行为的计算方法，用于求解优化问题。
在船舶操纵性能的优化中，粒子群算法可以用于寻找最优的船舶操纵策略和控制系统参数。
通过模拟粒子在搜索空间中的移动和信息交流，可以逐步优化操纵性能。
三、应用案例1. 舵型优化通过数值模拟和优化方法，可以对舵型进行优化，以提高船舶的操纵性能。
通过改变舵型的几何形状和面积分布，可以减小船舶的转弯半径和横向风险。
通过遗传算法和粒子群算法等优化方法，可以找到最优的舵型设计参数，以实现更好的操纵性能。
2. 螺旋桨优化通过数值模拟和优化方法，可以对螺旋桨进行优化，以提高船舶的推进效率和操纵性能。
通过改变螺旋桨的几何形状和叶片倾角等参数，可以提高螺旋桨的推力和效率。
船舶抗波性能的实验与数值模拟研究
船舶抗波性能的实验与数值模拟研究船舶在海洋中航行时，不可避免地会受到海浪的作用。
良好的抗波性能对于船舶的安全性、舒适性以及运营效率都至关重要。
为了深入了解船舶的抗波性能，实验和数值模拟是两种常用且有效的研究方法。
实验研究是获取船舶抗波性能数据的直接手段。
在实验中，通常会使用模型试验或实船试验。
模型试验是在实验室的水槽或水池中进行，按照一定的缩尺比例制作船舶模型，并通过造波设备模拟不同的波浪条件。
实船试验则是在实际的海洋环境中对船舶进行测试，但由于成本高昂、操作复杂以及环境的不确定性等因素，实船试验的开展相对较少。
在模型试验中，需要精确测量船舶模型在波浪中的运动响应，如升沉、纵摇、横摇等。
测量设备包括高精度的位移传感器、加速度传感器以及压力传感器等。
通过这些传感器获取的数据，可以分析船舶在不同波长、波高和波浪周期下的运动规律，从而评估船舶的抗波性能。
例如，在研究船舶在迎浪状态下的抗波性能时，可以逐步改变波浪的参数，观察船舶模型的运动响应。
当波高增加时，船舶的升沉和纵摇幅度可能会显著增大，如果超过一定限度，可能会导致船舶结构的疲劳损伤甚至危及船舶的安全。
然而，实验研究也存在一些局限性。
首先，模型试验中由于缩尺比例的存在，可能会导致一些物理现象的失真。
例如，粘性效应和表面张力在模型尺度下的影响可能与实船情况有所不同。
其次，实验条件的控制往往具有一定的难度，很难完全复现复杂的海洋环境。
与实验研究相辅相成的是数值模拟方法。
数值模拟基于流体力学的基本原理，通过建立数学模型和求解方程组来预测船舶在波浪中的运动和受力情况。
常见的数值模拟方法包括势流理论方法和粘性流方法。
势流理论方法假设流体无粘性、不可压缩，计算效率较高，但对于一些复杂的流动现象，如分离流和漩涡等，模拟精度有限。
粘性流方法则考虑了流体的粘性，能够更准确地模拟船舶周围的流场，但计算成本相对较高。
在进行数值模拟时，需要对船舶的几何形状进行精确建模，并划分合适的网格。
波浪动力艇模型自航试验及数值仿真
波浪动力艇模型自航试验及数值仿真李聪;王冬姣;叶家玮;李德玉;梁富琳【期刊名称】《中国舰船研究》【年(卷),期】2014(000)002【摘要】为解决受控主动摆翼驱动装置复杂、机械效率较低的问题，研究依靠升沉运动产生的力矩来驱动俯仰运动的被动摆翼装置，并将其应用于波浪动力艇。
在波浪作用下，将被动摆翼安装于艇体底部的一定位置处，产生的推力即可推艇前进。
在模型试验中，通过改变波浪周期、波高和控制机构的设置，比较试验艇的自由航行速度。
结果表明，试验艇的航速与波高呈正相关关系，且当波长与船长之比约为1.8时推进效果最佳。
通过数值仿真，显示两种控制机构配置时的水翼工作过程，并估算在一定波浪参数下波浪动力艇可达到的航速，所估算的航速与试验结果吻合较好。
【总页数】6页(P6-11)【作者】李聪;王冬姣;叶家玮;李德玉;梁富琳【作者单位】华南理工大学土木与交通学院，广东广州510641;华南理工大学土木与交通学院，广东广州510641;华南理工大学土木与交通学院，广东广州510641;华南理工大学土木与交通学院，广东广州510641;华南理工大学土木与交通学院，广东广州510641【正文语种】中文【中图分类】U661.73【相关文献】1.新概念穿梭艇自航模操控系统试验研究 [J], 王健;刘旌扬;魏成柱;李英辉;易宏2.气泡高速艇波浪中阻力及纵向运动模型试验研究（英文） [J], 董文才; 欧勇鹏3.气泡高速艇波浪中阻力及纵向运动模型试验研究 [J], 董文才; 欧勇鹏4.水中桥塔波浪作用动力模型试验相似方法与模型设计方法 [J], 韦承勋;周道成;张健;薛思思5.船舶模型在波浪下的崩溃数值仿真及试验 [J], 刘维勤;黄宇;王绪明;宋学敏因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
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１ 数学模型
１ ． １ 控 制方 程 与湍流 模式 不可 压缩 黏性 流体 的连 续性 方程 和 Ｐ ＡＮＳ方 程可 写成 如 下形式 ：
甜
＝
０
（ １ ）
／
巫 ０ ｔ＋
考 ， ＋ 等一 ， Ｐ 至 ｅ ｘ ／ 亳＋ ， ，
（ ２
应 该 强调 指 出的是 方程 （ １ ） 、（ ２ ）不是 封 闭的 ，因此 需 要寻求 补 充关系 ． 湍 流模 型 ，使方 程封 闭，采 用 Ｓ Ｓ Ｔｋ一０ ９ 湍流 模 式进行 数值 计算 。Ｓ Ｓ Ｔｋ 一 湍流模 型在 处理 近壁 处流 动 时采用标 准 ｋ 一０自航试 验 包括 螺旋桨 敞水 试验 、船模 阻力 试验 和 自航试 验 。螺 旋桨 敞水 试验 是鉴 定和 分析 螺旋 桨 性 能较 为 简便 的方法 ，由螺 旋桨 敞水 试验 得到 的是 螺旋 桨 的推 力 系数 、扭 矩系 数 和 敞水 效率 ， 相 对 于进 速 系数 的变 化规律 ，即螺旋桨 敞 水性征 曲线 ；船模 阻力 试验 可 以得 到船模 阻力 与速 度之 间 的关系 曲 线 ，可 以反 映 出阻力 性 能的优 劣 ；船 模 自航试 验是 分析 研 究各种 推进 效率 成分 的重 要手段 ，能够预 报 自航 因 子 ，预 估 实 船 的 快 速 性 能 和 判 断 螺 旋 桨 、 主 机 和 船 体 之 间 的 配 合 是 否 良好 ｕ Ｊ 。 本 文 基 于 商 业 软 件 Ｓ Ｈ Ｉ Ｐ Ｆ Ｌ ＯＷ 进 行 螺旋 桨 敞水试 验 、船 模 阻力试 验 和 自航 试验 的数 值模 拟 ，而 后通 过 水池试 验 验证 ，可 以看 出数值 水 池模 拟对 船模 水池 结果 有一 定 的预估 作用 ，能 为线 型设 计和螺 旋桨 设计 提供 一定 的参 考 。
中图分类号 ：Ｕ６ ６ １ ． １
文献标识码 ：Ａ
文章编号 ：２ ０ ９ ５ ． ４ ０ ６ ９（ ２ ０ １ ３ ） ０ ３ ． ０ ０ １ ０ ． ０ ６
Ａｂ ｓ ｔ ｒ ａ ｃ ｔ ：Ｂａ ｓ ｅ ｄ ｏ ｎ Ｓ ＨＩ Ｐ Ｆ ＬＯＷ ｓ ｏ ｆ ｔ ｗａ ｒ ｅ ， ｔ ｈ ｅ ｐ ｒ ｏ ｐ ｅ ｌ ｌ ｅ ｒ ｏ ｐ ｅ ｎ ｗａ ｔ ｅ ｒ ｔ ｅ ｓ ｔ ， ｔ ｈ ｅ ｓ ｈ ｉ ｐ ｒ ｅ ｓ ｉ ｓ ｔ ａ ｎ ｃ ｅ ｔ ｅ ｓ ｔ ａ ｎ ｄ ｔ ｈ ｅ ｓ ｅ ｌ ｆ ｐ ｒ ｏ ｐ ｕ ｌ ｓ ｉ ｏ ｎ ｔ ｅ ｓ ｔ ａ ｒ ｅ ｎ ｕ ｍｅ ｒ ｉ ｃ ａ ｌ ｌ ｙ ｓ ｉ ｍｕ ｌ ａ ｔ ｅ ｄ ｎｄ ａ ｖ ａ ｌ ｉ ｄ ａ ｔ ｅ ｄ ａ ｃ ｃ ｏ ｒ ｄ ｉ ｎ ｇ ｔ ｏ ｅ ｘ ｐ ｅ ｒ ｉ ｍｅ ｎ ｔ ａ ｌ ｒ ｅ ｓ ｕ ｌ ｔ ｓ ． Ｉ ｔ ｉ ｓ ｆ ｏ ｕ ｎ ｄ ｔ ｈ ａ ｔ ｔ ｈ ｅ ｎ ｕ ｍｅ ｒ ｉ ｃ ａ ｌ ｓ ｉ ｍｕ ｌ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｓ ｃ ａ ｎ ｗｅ ｌ ｌ ｐ ｒ ｅ ｄ ｉ ｃ ｔ ｔ ｈ ｅ ｐ ｒ ｏ ｐ ｅ ｌ ｌ ｅ ｒ ｔ ｈ ｒ ｕ ｓ ｔ ｃ ｏ ｅ ｉｃ ｆ ｉ ｅ ｎ ｔ ｓ ａ ｎ ｄ ｔ ｏ ｒ ｑ ｕ ｅ ｃ ｏ ｅ ｉｃ ｆ ｉ ｅ ｎ ｔ ｓ ， ｔ ｈ ｅ ｓ ｈ ｉ ｐ ｍｏ ｄ ｅ ｌ ｒ ｅ ｓ ｉ ｓ ｔ ａ ｎ ｃ ｅ ｃ ｏ ｅ ｉｃ ｆ ｉ ｅ ｎ ｔ ｓ ， ｔ ｈ ｅ ｓ ｅ ｌ ｆ ｐ ｒ ｏ ｐ ｕ ｌ ｓ ｉ ｏ ｎ ｆ ａ ｃ ｔ ｏ ｒ ａ ｎ ｄ ｔ ｈ ｅ ｐ ｒ ｏ ｐ ｕ ｌ ｓ ｉ ｏ ｎ ｅ ｉｃ ｆ ｉ ｅ ｎ ｃ ｙ ， ｗｈ ｉ ｃ ｈ ｃ ａ ｎ ｐ ｒ ｏ ｖ ｉ ｄ ｅ ｈ ｅ ｌ ｐ ｆ ｕ ｌ ｇ ｕ ｉ ｄ ａ ｎ ｃ ｅ ｏｒ ｆ ｔ ｈ ｅ ｈ ｕ ｌ ｌ ｌ ｉ ｎ ｅ ｓ ｄ ｅ ｓ ｉ ｇ ｎ ａ ｎ ｄ ｐ ｒ ｏ ｐ ｅ ｌ ｌ ｅ ｒ
摘要 ：基于 Ｓ Ｈ Ｉ Ｐ Ｆ Ｌ Ｏ Ｗ 软件 ，对螺旋桨敞水试验、船舶阻力试验 和 自航试验进 行数值模拟 ，并依据试验结果验 证 。发现数值模拟能够较好地预报螺旋桨的推力系数、扭矩系数 、船模 的阻力系数和 自航因子及推 进效率，为船 舶 的线 型设计和螺旋桨设计提供有效 的数值参考 。 关键词 ：计算流体力学 ；自航试验 ；数值拖曳水池
理边界层边缘和 自由剪切层时，采用 ｋ 一 ０ ９ 湍流模 型，更适合于对流减压 区的计算，并且方程还考虑了流
动 的正交 发散 项 ，从而 使方 程在 近壁 面处 和远 壁面 处都 适合 见式 （ ３ ）和 （ ４ ）。
第一 作者简介 ：程宣恺 ，男，硕士研究生 ，１ ９ ８ ４年 生。２ ０ １ １ 年毕业 于哈尔滨 工程 大学流体专业 ，现从事船舶设计研究工作 。
Ｎ Ａ Ｖ Ａ ＬＡＲ Ｃ ＨＩ Ｔ Ｅ Ｃ Ｔ Ｕ Ｒ ＥＡ Ｎ Ｄ ＯＣ Ｅ ＡＮ Ｅ Ｎ ＧＩ ＮＥ Ｅ Ｒ Ｉ ＮＧ 船舶与海 洋工程 ２ ０ １ ３年第 ３期 （ 总第 ９ ５期 ）
船模 自航 试验数值模拟研究
程 宣恺 ，周 志 勇 ， 陈 康 ，魏 菲 菲 ，陆 琛 亮
（ 上 海船舶研 究设计 院 ，上 海 ２ ０ １ ２ ０ ３ ）
ｄ ｅｓ ｉ ｇｎ．
Ｋｅ ｙ ｗｏ ｒ ｄ ｓ ： ｃ ｏ ｍｐ ｕ ｔ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ａ ｌ ｌ ｆ ｕ ｉ ｄ ｄ ｙ ｎ ａ ｍｉ ｃ ｓ ； ｓ ｅ ｌ ｆ ｐ ｒ ｏ ｐ ｕ ｌ ｓ ｉ ｏ ｎ ｔ ｅ ｓ ｔ ； ｎ ｕ ｍｅ ｒ ｉ ｃ ａ ｌ ｔ ｏ ｗｉ ｎ ｇ ｔ ａ ｎ ｋ