摘要：[目的]全球减碳背景下,为应对极地船舶设计建造的环保要求,需开展跨洋航行时碎冰水域对极地探险邮轮船体型线优化设计的影响规律研究,以获得最佳节能型线。[方法]针对极地探险邮轮的跨洋航行特征,采用航区权重方法进行量化评估,分析碎冰对阻力和推进效率的影响。应用计算流体力学耦合离散元法(CFD-DEM)来分析螺旋桨的碎冰水域性能,建立以联合自航功率为目标的优化模型,进而对全船参数化模型开展设计航速下的优化计算。[结果]计算结果表明,优化后的船型可以满足排水量要求,有效降低了2种水域下的航行功率,其联合自航功率降低了9.71%。[结论]研究成果验证了基于权重优化方法的可行性和合理性,可为极地探险邮轮的型线和推进器优化设计提供参考。

摘要：齿轮泵齿轮副的型线对齿轮泵性能影响极大。传统的渐开线型齿轮泵齿轮存在困油现象,产生局部高压,对其运行产生极大的危害。通过型线设计,来解决齿轮泵困油现象。基于曲线啮合理论,采用圆弧和高次曲线,构建一种新型双圆弧-高次曲线齿轮副,消除了齿轮泵的困油现象。进而,建立其几何模型并推导出型线方程,通过数值模拟,分析新型无困油齿轮泵的流场变化规律,并与现有齿轮泵进行对比。结果表明:新型齿轮泵消除了困油现象,型线组成简单,便于优化设计;此外,新型齿轮泵的工作性能更佳,流场更均匀。

摘要：针对国内外大口径天然气管线阀门型线优化周期长、优化过程机械式重复的问题,提出一种采用Kriging代理模型结合NSGA-Ⅱ算法的轴流式调节阀型线优化方法。以DN600轴流式调节阀为研究对象,通过Fluent与ANSYS软件对其性能进行初步评估后,选定流量值、最大应力水平和最大变形量为优化目标。首先采用B-spline曲线对阀体型线进行拟合,通过改变控制点的坐标实现阀体型线的参数化,并实现阀体型线的自动建模,运用拉丁超立方采样方法设计100种型线,通过数值模拟得到结构优化样本库,建立轴流式调节阀的Kriging代理模型。然后采用NSGA-Ⅱ算法对代理模型进行寻优得到Pareto前沿解集,通过对3个型线前沿解与初始型线内部水平截面的速度、压力变化曲线的研究,确定最优型线。再对优化前后的开度-阻力特性、流量-阻力特性及阀后管道内部流动进行研究,结果表明,优化后的型线流量值提高了9.2%,最大应力水平降低了8.46%,最大变形量减小了6.2%,优化后流体阻力降低,阀后管道高速流动影响距离减小。优化后型线的性能提升证明了该型线优化方法的有效性,揭示了该方法在阀门型线结构优化领域的潜力。

摘要：针对现有燃料电池用氢气循环泵效率低、噪声大等问题,提出了基于罗茨结构的氢气循环泵型线优化设计方案,建立了多弧段相结合的型线构型,分析了压差、间隙、转速等多因素对型腔内部流场的影响。结果表明:罗茨泵在型线优化后,性能有显著提升;随压差增加,罗茨泵流量呈线性降低;小分子氢气对微小间隙变化敏感度较高;转速增加对优化罗茨泵影响显著。

摘要：随着对船舶能耗和排放要求的不断提高,绿色船型的开发、创新型节能技术的应用日益受到航运界和造船界的广泛关注.针对一型5万吨散货船,在满足排水量、总布置要求以及减少压载水总量的条件下,采用计算流体动力学方法开展了线型优化.在最终优化线型的基础上进行了节能导轮的优选设计,提出了与船尾适配的椭圆型导轮方案,进一步提高了船舶的能效.在水池开展了快速性对比试验,试验结果表明节能导轮在设计点处具有4.3%的节能效果,且加装了节能导轮的船型方案快速性能优异,满足设计指标.

摘要：通过分析型线参数化系数与结构参数的相关性联系,实现基于型线的参数化改型,从而达到多级导流一体式诱导轮与叶轮性能优化的目的。采用最小二乘法实现叶轮型线拟合,将拟合型线模型的计算流体力学(CFD)仿真结果与原模型的试验结果进行对比,结果表明:仿真结果与原模型试验结果扬程值和效率值误差均小于2%,使用的拟合方法能够实现型线优化。通过分析拟合型线参数化系数与叶轮进出口安装角等的相关性联系,对不同结构参数模型进行型线优化,并对其性能进行仿真对比。结果表明:3组型线模型的内流场整体上正常稳定,其叶轮的各个流道出口和蜗壳隔舌处存在一定范围的低压区,且由于隔舌处漩涡流动的影响使得扩散管出口存在一定区域的高速团。型线3为最优的型线模型,其扬程值与效率值均达到了优化目的,且在设计工况下,其性能提高最为明显。

摘要：应用CAESES软件和SHIPFLOW软件建立优化设计平台,对某6 800m2牲畜船的船首进行全参数化建模,通过改变控制船体曲面的设计变量,并结合Sobol和NSGA-Ⅱ两种算法,对设计吃水和压载吃水两种工况下总的兴波阻力最佳船型方案进行搜索.通过CFD方法将优化后型线方案与母型船的总阻力性能做比较.结果表明,优化后船体兴波在两种工况下均得到改善,且总阻力也得到了明显降低,验证了基于参数化建模的船体型线优化设计方法的有效性和工程实用性.

摘要：为提升重庆—上海过闸型江海直达船的航行性能和经济性,以满足通过三峡船闸船舶吃水要求的江海直达船型为研究对象,以排水体积和浮心纵向位置为约束条件,采用理论设计与数值计算相结合的方法优化船型。采用Rhinoceros软件进行船体建模,采用CAESES(FRIENDSHIPFramework)软件进行半参数化模型优化,采用计算流体动力学(Computational Fluid Dynamics,CFD)技术进行阻力预报。通过2轮优化对比,优化船型在10 kn、13 kn和16 kn航速下的总阻力相比原始船型分别减小10.76%、8.18%和1.86%。研究表明:垂直艏+下凸艉组合的减阻效果要优于尖直艏+平直艉组合,且航速越低,减阻效果越明显;采用多航速验证方法能有效避免固定航速船型优化的局限性。研究结果可供江海直达船的船型设计和建造参考。

摘要：为了考察势流计算进行型线数值优化或改型的可能性或适用范围,通过6型船的CFD计算与模型试验对比分析,发现对于方形系数小于0.8的中高速船,采用势流理论的方法,可以快速、准确地分辨出不同型线设计方案的阻力性能优劣。这种方法有望成为一种高效的型线优化或改型技术手段。

摘要：为改善一型7万总吨级中型豪华游船的经济性和舒适性,在常规球艏优化方案的基础上,开展直立艏的型线设计和优化研究。首先,针对多个典型营运速度下的阻力性能,应用型线优化软件CAESES和CFD软件SHIPFLOW组成的数值优化平台,采用全参数化方法,对船艏型线进行自动优化。然后,应用NUMECA-FINE/Marine软件,对优化方案在经济航速、巡航速度和设计航速三个工况下的静水中的阻力进行更为精细的数值验算,确认优化效果。最后,对常规球艏和优化的直立艏两个方案分别开展模型静水阻力试验和波浪中的阻力试验。静水中的试验结果证实,直立艏优化方案在三个典型航速下的阻力都明显小于常规球艏方案;设计吃水、设计航速下迎浪规则波中的试验结果表明,相比于常规球艏方案,直立艏优化方案的波浪增阻明显更小,垂荡和纵摇响应总体上也有所减小,营运经济性和舒适性都能得到一定程度的提升。