基于HUST-Ship的船舶操纵数值水池参数建模
发布时间：2021-10-29 09:05
根据船舶操纵大范围运动的特点,基于自主研发的HUST-Ship黏性流无因次化CFD（计算流体力学）求解器,以移动计算域和全结构化重叠网格技术为支撑,提出一种船舶操纵性数值试验水池参数化建模方法和网格生成技术.该数值水池以水线长为特征长度,以主尺度为输入,在船体及自由面附近根据大量计算验证的经验积累自动给出网格分布规律,建立无因次操纵性水池.该技术有效地提高了建模和网格生成的效率,减轻了网格生成的工作量及网格分布带来的数值计算的不确定性.以标模5415和KCS（KRISO集装箱船）为对象,进行了回转与Z形仿真,仿真与试验结果的对比表明参数化船舶操纵性数值试验水池预报结果满足数值预报的精度要求.
【文章来源】：华中科技大学学报(自然科学版). 2020,48(10)北大核心EICSCD
【文章页数】：6 页
【部分图文】：
重叠网格示意图1.3六自由度运动模块
船自由自航模型操纵性预报．3船舶操纵性数值试验水池应用为验证船舶操纵性数值试验水池参数化建模方法的可靠性，选取具有可靠试验数据的国际标模对其水动力性能进行数值试验模拟，将得到的仿真结果与试验结果进行比较，验证操纵性数值试验水池的可靠性．3.1静水回转试验结果验证选取国际标模DTMB5415M进行操纵性数值试验水池的验证，基于操纵性试验要求对其进行回转试验的仿真，仿真工况为在Fr=0.41工况下，进行右舵35°的回转试验．DTMB5415M几何模型和网格划分分别如图6所示．图6DTMB5415M静水回转网格模型在自主研发的船舶数值试验水池参数化建模软件平台中选择水池类型为静水操纵性水池，并在软件界面内输入特征参数，即船舶的垂线间长Lpp=4.002m，船宽B=0.537m，吃水d=0.173m，参数化自动生成所需的船舶静水操纵性数值试验水池．运用HUST-Ship重叠程序将船舶放入生成的数值水池中进行网格重叠．将得到的数值试验模型输入HUST-Ship无量纲化求解器，进行回转操纵试验的仿真模拟．计算中螺旋桨推力模块采用体积力[4]来替代，其推力大小依据螺旋桨敞水试验下的进速系数、推力系数、扭矩系数结果确定，其中螺旋桨进速用船舶的航速替代．整个数值试验模拟过程中保持转速不变，首先船舶在水池中自航达到稳定的航速，然后在该状态下开始进行回转试验数值模拟．整个过程的网格运动策略为：舵和船体网格作为整体考虑做六自由度运动，操纵性数值试验水池网格随船体的直航运动向前移动，在船体开始进行回转运动后，数值水池会随着船体的回转轨迹移动．图7为国际标模DTMB5415M在操纵性数值试验水池中静水回转试验仿真结果与试验结果[12]的对?
p无量纲化求解器，进行回转操纵试验的仿真模拟．计算中螺旋桨推力模块采用体积力[4]来替代，其推力大小依据螺旋桨敞水试验下的进速系数、推力系数、扭矩系数结果确定，其中螺旋桨进速用船舶的航速替代．整个数值试验模拟过程中保持转速不变，首先船舶在水池中自航达到稳定的航速，然后在该状态下开始进行回转试验数值模拟．整个过程的网格运动策略为：舵和船体网格作为整体考虑做六自由度运动，操纵性数值试验水池网格随船体的直航运动向前移动，在船体开始进行回转运动后，数值水池会随着船体的回转轨迹移动．图7为国际标模DTMB5415M在操纵性数值试验水池中静水回转试验仿真结果与试验结果[12]的对比，包括回转圈轨迹和横摇角φ．定常回转时的稳定横倾角(φR)的试验值为2.02°，仿真结果为1.99°．表1中定常回转直径D、纵距Ad和横距Tr均用Lpp进行无因次化，即回转直径、纵距和横距均用多少倍垂线间长表示．从表1可以看出：在回转操纵数值仿真中得到的船体重心运动轨迹、横摇的结果和试验结果符合良好，其时域曲线变化趋势相同，且对回转操纵中的回转直径的误差小于1%．可以发现：基于参数化建模方法生成的船舶操纵性数值试验水池能够对船舶回转试验实现良好地仿真，并能够得到精度较高的结果．图7操纵性数值试验水池中回转运动仿真与试验结果表1回转特征参数对比监测值仿真结果试验结果误差/%D/Lpp4.7164.6830.71Ad/Lpp3.1733.0992.39Tr/Lpp2.0611.9933.413.2静水Z型试验结果验证选取国际标模KCS[13]为计算对象，螺旋桨采用Marine5533，进行Z型操纵性数值试验的验证，在Fr=0.26，航速为2
【参考文献】：
期刊论文
[1]CFD数值模拟船舶在波浪中的回转操纵运动[J]. 王建华,万德成. 中国舰船研究. 2019(01)
[2]船模阻力数值水池试验不确定度评估[J]. 吴乘胜,邱耿耀,魏泽,金仲佳. 船舶力学. 2015(10)
[3]船舶Z形操纵试验的数值模拟[J]. 洪碧光,赵发明,孔庆文,高孝日. 大连海事大学学报. 2015(02)
[4]基于CFD的三体船流场数值模拟可靠性研究[J]. 赵藤,孙鹏,于雷. 华中科技大学学报(自然科学版). 2012(11)
[5]重叠网格在船舶CFD中的应用研究[J]. 赵发明,高成君,夏琼. 船舶力学. 2011(04)
[6]应用FLUENT软件优化船舶阻力性能[J]. 谢玲玲,陈顺怀,吴静萍. 华中科技大学学报(自然科学版). 2009(06)
本文编号：3464383
【文章来源】：华中科技大学学报(自然科学版). 2020,48(10)北大核心EICSCD
【文章页数】：6 页
【部分图文】：
重叠网格示意图1.3六自由度运动模块
船自由自航模型操纵性预报．3船舶操纵性数值试验水池应用为验证船舶操纵性数值试验水池参数化建模方法的可靠性，选取具有可靠试验数据的国际标模对其水动力性能进行数值试验模拟，将得到的仿真结果与试验结果进行比较，验证操纵性数值试验水池的可靠性．3.1静水回转试验结果验证选取国际标模DTMB5415M进行操纵性数值试验水池的验证，基于操纵性试验要求对其进行回转试验的仿真，仿真工况为在Fr=0.41工况下，进行右舵35°的回转试验．DTMB5415M几何模型和网格划分分别如图6所示．图6DTMB5415M静水回转网格模型在自主研发的船舶数值试验水池参数化建模软件平台中选择水池类型为静水操纵性水池，并在软件界面内输入特征参数，即船舶的垂线间长Lpp=4.002m，船宽B=0.537m，吃水d=0.173m，参数化自动生成所需的船舶静水操纵性数值试验水池．运用HUST-Ship重叠程序将船舶放入生成的数值水池中进行网格重叠．将得到的数值试验模型输入HUST-Ship无量纲化求解器，进行回转操纵试验的仿真模拟．计算中螺旋桨推力模块采用体积力[4]来替代，其推力大小依据螺旋桨敞水试验下的进速系数、推力系数、扭矩系数结果确定，其中螺旋桨进速用船舶的航速替代．整个数值试验模拟过程中保持转速不变，首先船舶在水池中自航达到稳定的航速，然后在该状态下开始进行回转试验数值模拟．整个过程的网格运动策略为：舵和船体网格作为整体考虑做六自由度运动，操纵性数值试验水池网格随船体的直航运动向前移动，在船体开始进行回转运动后，数值水池会随着船体的回转轨迹移动．图7为国际标模DTMB5415M在操纵性数值试验水池中静水回转试验仿真结果与试验结果[12]的对?
p无量纲化求解器，进行回转操纵试验的仿真模拟．计算中螺旋桨推力模块采用体积力[4]来替代，其推力大小依据螺旋桨敞水试验下的进速系数、推力系数、扭矩系数结果确定，其中螺旋桨进速用船舶的航速替代．整个数值试验模拟过程中保持转速不变，首先船舶在水池中自航达到稳定的航速，然后在该状态下开始进行回转试验数值模拟．整个过程的网格运动策略为：舵和船体网格作为整体考虑做六自由度运动，操纵性数值试验水池网格随船体的直航运动向前移动，在船体开始进行回转运动后，数值水池会随着船体的回转轨迹移动．图7为国际标模DTMB5415M在操纵性数值试验水池中静水回转试验仿真结果与试验结果[12]的对比，包括回转圈轨迹和横摇角φ．定常回转时的稳定横倾角(φR)的试验值为2.02°，仿真结果为1.99°．表1中定常回转直径D、纵距Ad和横距Tr均用Lpp进行无因次化，即回转直径、纵距和横距均用多少倍垂线间长表示．从表1可以看出：在回转操纵数值仿真中得到的船体重心运动轨迹、横摇的结果和试验结果符合良好，其时域曲线变化趋势相同，且对回转操纵中的回转直径的误差小于1%．可以发现：基于参数化建模方法生成的船舶操纵性数值试验水池能够对船舶回转试验实现良好地仿真，并能够得到精度较高的结果．图7操纵性数值试验水池中回转运动仿真与试验结果表1回转特征参数对比监测值仿真结果试验结果误差/%D/Lpp4.7164.6830.71Ad/Lpp3.1733.0992.39Tr/Lpp2.0611.9933.413.2静水Z型试验结果验证选取国际标模KCS[13]为计算对象，螺旋桨采用Marine5533，进行Z型操纵性数值试验的验证，在Fr=0.26，航速为2
【参考文献】：
期刊论文
[1]CFD数值模拟船舶在波浪中的回转操纵运动[J]. 王建华,万德成. 中国舰船研究. 2019(01)
[2]船模阻力数值水池试验不确定度评估[J]. 吴乘胜,邱耿耀,魏泽,金仲佳. 船舶力学. 2015(10)
[3]船舶Z形操纵试验的数值模拟[J]. 洪碧光,赵发明,孔庆文,高孝日. 大连海事大学学报. 2015(02)
[4]基于CFD的三体船流场数值模拟可靠性研究[J]. 赵藤,孙鹏,于雷. 华中科技大学学报(自然科学版). 2012(11)
[5]重叠网格在船舶CFD中的应用研究[J]. 赵发明,高成君,夏琼. 船舶力学. 2011(04)
[6]应用FLUENT软件优化船舶阻力性能[J]. 谢玲玲,陈顺怀,吴静萍. 华中科技大学学报(自然科学版). 2009(06)
本文编号：3464383
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