循环水槽多层孔板消波装置开发及消波特性数值模拟

基于k-ε湍流模型,在STAR-CCM+平台上建立数值波浪水池,开发透水式多层开孔板消波装置并研究其消波特性.波浪水池利用流体体积(Volume of Fluid, VOF)方法追踪自由液面,采用STAR-CCM+的VOF WAVE模块造波,出口边界设置阻尼消波区.通过对一系列指定波浪的模拟,验证了数值水池的准确性.改变波长、波高、水流的流速和方向,可得到消波装置在不同波流条件下的反射与透射系数.结果表明:反射系数和透射系数均随波长增加而增大;反射系数随波高增加而增大,透射系数随波高增加而减小;波流共同作用工况下,反射系数和透射系数远小于波浪单独作用工况;在模拟波流条件下,所开发的消波装置消波性能显著.     

波流对不同淹没深度水平圆柱的载荷分析

通过试验和数值模拟相结合的方法对水平圆柱与波浪、波流相互作用的问题进行研究.首先,在循环水槽中开展了波流与水平圆柱相互作用的试验,试验中分别测量流、波浪以及波流对不同淹没深度的圆柱的水平和垂直作用力.其次,采用RANS方程对部分试验工况进行数值模拟,并对波流与圆柱相互作用过程中自由面的变化以及波浪的反射情况进行分析.接着重点讨论圆柱所受波流作用力的峰值随圆柱淹没深度的变化规律,并将试验测量的受力峰值与Morison公式计算的理论值进行对比,发现波浪的反射和阻塞效应对波流作用力的峰值具有显著的影响.结果表明,波浪的反射作用使受力增加,波浪的阻塞效应使受力减小,而圆柱的受力峰值取决于这两者的相对强弱程度.在波浪反射和阻塞的共同作用下,圆柱的受力和Morison公式计算结果相比,在部分淹没和完全淹没状态下表现出不同的特性.     

振荡水翼波能回收在船舶节能推进中的应用

在船舶能效设计指数（EEDI）成为国际公约,造船界大力发展绿色船舶技术的背景下,提出了在船体两侧用螺旋弹簧连接振荡水翼,借助船体和水翼在波浪中的摇荡运动回收波浪能产生推力的节能设想.基于势流理论建立了顶浪情况下振荡水翼与船体的频域耦合水动力模型,以一艘集装箱船为例,对水翼 船体系统进行了理论分析和设计探讨,预报了振荡水翼所能产生的推力并分析了水翼对船舶耐波性的影响;利用模型研究了水翼位置、弹簧刚度、浸没深度等参数对波能回收效果的影响.结果表明：水翼位置对船舶的耐波性有较大影响;弹簧刚度则与水翼产生的推力密切相关;而水翼浸没深度的影响十分有限.本研究可为此类绿色船舶设计提供依据和参考.     

基于Kriging代理模型的船舶水动力性能多目标快速协同优化

引入Kriging代理模型,对船舶兴波阻力、垂荡和纵摇运动幅值进行了多目标快速优化.优化过程中,以Rankine源非线性势流理论和三维频域面元法为基础,利用非支配排序遗传算法(NSGA-Ⅱ)并结合船体曲面修改函数对船体型线进行多目标优化设计,将高精度Kriging代理模型引入到优化进程中以解决迭代造成的耗时难题.数值分析结果表明:该优化方法能够使船型最优,在设计吃水、服务航速下有效减少航行阻力并提高耐波性能,且Kriging代理模型方法可以大幅提高船型优化效率.最后,基于雷诺平均(RANS)方程的计算流体动力学(CFD)方法对模型尺度λ为31.599的最优船型的阻力结果进行了对比验证,以证明优化结果的可靠性.     

不规则波与顺流相互作用的数值模拟与不确定度分析

考虑实际海域普遍存在的波流相互作用现象,研究均匀流对不规则波的波浪特性和不确定度的影响规律.首先,在上海交通大学循环水槽中开展不规则波与均匀流相互作用试验并测量波面升高时历数据;然后,基于雷诺平均Navier-Stokes(RANS)方程对波流相互作用问题进行数值模拟;最后,将不规则波的有义波高和平均周期作为研究对象,...     

大型集装箱船拖曳水池敞开式风场中风阻试验与数值计算

就拖曳水池开展了风场研究,对敞开式风场风阻试验进行了可行性验证.在此基础上,对一缩尺比为1.0∶87.5的3 100箱集装箱船模进行了风阻测试与集装箱布置优化分析,结合一系列布置方案试验结果以及计算流体力学CFD数值模拟计算,讨论了集装箱布置对船舶风阻的影响.结果表明:敞开式风场中风阻试验是一种简单有效的新式测量方法;试验结果与CFD及ITTC推荐公式进行了交叉验证,具有一定可靠性,CFD在精度与细节模拟上效果更佳;布置优化可以有效减少大型集装箱船风阻.     

外交互式卫星远程多媒体教学总体系统

Internet网的迅猛发展成为当今举世注目的焦点，经过30多年的发展．卫星通讯以其机动灵活、覆盖面广而倍受青睬，如将二者有机结合起来可有效解决因特网多媒体信息高速下载的瓶颈问题，外交互式数字卫星通讯系统可以成功地通过卫星无缝地接入因特网。该系统不仅可用于多媒体远程教育，而且在电子印刷品传送，软件分发．广域寻呼等方面有着广泛的应用前景。     

涡方法数值模拟高雷诺数圆柱绕流

圆柱绕流问题是二维物体粘性绕流的基本问题.二维N-S方程的各种差分求解格式往往难以用来实际计算高雷诺数流动问题。80年代中期以来,Stansby等发展了70年代初Chorin提出的随机点涡法,用网格涡方法计算点涡的对流速度,大大减小了计算量,笔者采用Stansby等发展了的随机点涡法,对雷诺数2000的圆柱绕流进行了数值模拟。     

基于船机桨匹配和波浪统计的船舶失速系数分析

为减少温室气体排放，国际海事组织（IMO）提出了新船能效设计指数（EEDI）规范要求，但尚未明确其中失速系数的计算方法.针对失速系数的估算方法进行了分析探讨，提出了一种基于船机桨匹配和长期波浪统计数据的失速系数计算方法.该方法中考虑了船机桨间的能量传递和水动力相互干扰，同时用船舶运营海区的长期波浪统计数据作为环境参数，对一艘实际运营的集装箱船进行了试算，并与IMO规范值、中国船舶科学研究中心回归公式和目前应用较广的NMRI方法进行了对比.结果表明：由所提出的方法得到的失速系数，其变化规律与NMRI法一致且更为保守，能指导船舶能效设计，更有利于保障船舶在实海域中的航行性能.     

一种不可压缩二维流动的显式逐次超松弛并行算法

提出一种有限体积显式逐次超松弛并行(FV-pSOR)算法,以提高逐次超松弛(SOR)算法求解不可压缩二维流动控制方程组离散所形成的代数方程组的效率.基于区域分解的思想,将计算域分割成4个子域,构造了离散的一般性代数方程组的显式迭代公式并规划了迭代路径;然后,通过数值求解典型二维方腔流,验证了FV-pSOR算法的有效性.结果表明:与SOR算法相比,所提FV-pSOR算法在计算精度相当的前提下的计算效率提高了数倍.