摘要：针对水下回转体近壁面流动和脉动压力开展研究。首先综述了水下回转体近壁面数值模拟方法的研究现状,然后采用壁面模化大涡模拟方法模拟不同来流速度下水下回转体近壁面的湍流特性和壁面脉动压力,对涡结构、轴向速度和脉动压力等进行分析比较,并研究回转体首部湍流特性,最后探究不同入流条件对首部边界层内流动影响的机理。

摘要：采用壁面模化大涡模拟方法,通过近壁面边界层内层流动的壁面应力模型模化处理以及边界层外层和远场流动直接数值求解,对均匀来流中的SUBOFF潜艇主体模型周围的流动进行数值模拟。分析模型平行中体监测点处的壁面脉动压力特性,获得壁面脉动压力的自功率谱密度曲线。平行中体区域的湍流边界层发展较为充分,不同测点处的脉动压力自功率谱密度变化基本相同,随频率增加而逐渐降低。

摘要：基于黏流CFD方法研究迎浪工况下波长和波高对KCS船运动和外飘砰击的影响,分析砰击压力的时空分布及其与船舶垂向运动的关系。基于开源造波工具waves2Foam建立三维数值水池,采用naoe-FOAM-SJTU求解器中的重叠网格技术求解船舶在波浪中的运动。计算结果表明,船舶运动幅值随波长和波高的增大而增大,波长船长比为1时外飘砰击压力最大,外飘砰击压力随波高增大呈线性增大规律。集装箱船应尽量避免在波长接近船长的海况下航行。这项研究可为波浪中的船舶砰击载荷预报提供参考。

摘要：含坞舱船舶在波浪中作业时,坞舱内部的半开放水域波浪环境复杂多变,为避免小船进出坞舱时发生碰撞、搁浅等安全问题,需要对小船在坞舱内部的运动特性进行预报。参考美国黄蜂级两栖攻击舰建立含坞舱船舶与小船模型,采用重叠网格技术模拟小船在波浪中进入船舶坞舱的运动过程,对不同航速以及浪向角下小船的运动响应和受力特性进行研究,分析含坞舱船舶与小船间的相互作用。结果表明:小船进入船舶坞舱后的运动更加剧烈,船体兴波现象更加明显;低航速下小船的运动幅度更大,浪向角减小使小船的横摇运动幅值明显增大。本研究可为小船安全进出船舶坞舱的设计提供参考。

摘要：圆柱作为简单钝体,其绕流容易发生流动分离,涡脱落比较明显且具有强周期性,是典型的噪声预报研究对象。圆柱绕流可作为立管和锚链等工程装备研究的基础,该文采用分离涡模拟(Detached eddy simulation,DES),使用naoe-FOAM-SJTU求解器,模拟了二维圆柱绕流湍流流动,基于流声比拟方程分别比较了物面积分与可穿透积分面积分、不封闭可穿透积分面与封闭可穿透积分面的结果,并研究了积分面长度和宽度的最佳配置。该文设置了三个噪声测点,对测点处的压力进行快速傅立叶变换,得到声压级频谱结果,以获得最佳水动力噪声可穿透积分面配置,为提高水动力噪声预报精度奠定了基础。

摘要：在波浪与半潜式平台相互作用的情况下,波浪会沿着平台立柱爬升,并对平台立柱产生砰击作用。在极端情况下,波浪甚至可能砰击至平台下甲板,严重影响平台的安全。因此,对于半潜式平台设计来说,准确预测平台在波浪中的波浪爬升和砰击效应具有重要意义。采用无网格粒子法求解器MPSGPU-SJTU对波浪作用下的固定半潜式平台问题进行了数值研究,将MPS(moving particle semi-implicit)方法与GPU(graphics processing unit)并行加速技术相结合,并将其应用于规则波作用下的固定半潜式平台波浪爬升与波浪砰击问题的数值模拟。3种不同波高的规则波波浪被应用于半潜式平台数值模拟中,随着波高的增加,平台下甲板更多区域受到了波浪的砰击,同时平台设置的测压点处压力峰值也随之增大。

摘要：该文基于计算流体力学方法,对极端海况聚焦波作用下的漂浮式风机运动响应与气动特性进行研究。首先,依托开源软件OpenFOAM与自研求解器FOWT-UALM-SJTU,实现了面向双参数PM波浪谱聚焦波的数值模拟,并与试验结果进行比较验证,吻合良好。随后,在两种不同聚焦幅值工况下,以OC3 Spar型漂浮式风机平台及NREL 5 WM风机作为研究对象,开展气动-水动-系泊一体化仿真计算,对聚焦波作用下的漂浮式风机运动响应和气动性能进行分析。结果表明:聚焦波将引起风机在纵摇运动与垂荡运动时产生剧烈响应,风机叶片展向的气动攻角在聚焦时刻显著降低,风机气动功率与气动推力难以在短时间内恢复;同时,聚焦波将导致尾流中心和边界出现波动,极端波浪条件将扩大风机尾流速度亏损范围,对下游风机产生不利影响。

摘要：基于自研的OPTShip-SJTU优化软件,通过改变鸭尾型线,对波浪中航行的国产VISTA型豪华邮轮的总阻力系数、量纲一纵摇和垂荡幅值进行了综合优化和分析。优化过程中采用自由变形、优化拉丁超立方采样方法、计算流体力学、Kriging近似模型以及多目标遗传算法(NSGA-Ⅱ),得到了供决策者选择的Pareto优化解集,选取了4个优化鸭尾进行了数值模拟和验证。鸭尾两侧型线向前收缩和中部型线向后延伸,邮轮的总阻力系数、量纲一纵摇和垂荡幅值可同时得到优化;鸭尾向后伸展,量纲一垂荡幅值略有增加,总阻力系数和量纲一纵摇幅值有所降低,纵摇和垂荡存在优化冲突。研究中采用的优化方法和流程可用于豪华邮轮水动力性能优化,所得结论可为邮轮鸭尾型线设计提供参考。

摘要：目前常用的预报非线性水动力噪声的方法是可穿透积分面FW-H方程,但是当涡量穿过积分面的瞬间会产生虚拟的声压信号,导致计算准确性下降。论文基于原始的FW-H方程预报线性噪声,使用直接体积分方法预报非线性噪声,消除虚假信号干扰,并结合双网格方法来降低计算量。使用开源CFD工具包OpenFOAM求解器进行流场大涡模拟及声学预报计算。以SUBOFF潜艇为研究对象,从近场和远场角度分析非线性声压频域分布特征,并对双网格方法的计算精度和效率进行了分析。研究结果表明,在声网格尺度合适的前提下,双网格方法能够显著提高非线性噪声的计算效率并保证计算精度。

摘要：为了降低空化造成的水动力性能损失,基于仿生学原理,参考座头鲸鳍肢剖面形状,将前缘波浪构型引入到水翼设计中,研究波状前缘水翼的非定常空化特性,并探究前缘参数改变对空化控制的效果和规律。选用NACA634-021水翼为基准模型,进行前缘参数化重构,设计出3种不同的波状水翼进行对比研究。采用大涡模拟(LES)方法对空化流场进行精细化数值模拟,针对基准水翼和不同波幅与波长参数下的波状水翼开展了空化周期、升阻力系数、压力脉动以及流向涡结构的对比分析。结果发现,波状水翼在抑制空化和降低压力脉动方面都取得了显著效果。其中,3种不同的波状水翼空化抑制率分别为15.7%、18.6%和27.9%,压力脉动幅值分别降低了55.3%、67.3%和74.6%。分析表明,波浪前缘的引入使得空化的分区效应更加凸显,空化从波谷处初生,增大波幅或减小波长都可以加强对空化的抑制效果,并可以提高升力系数以及显著降低水翼表面的压力脉动。前缘波浪构型还将诱发向下游发展的对转涡结构,不同前缘参数的波状水翼涡结构的演化是相似的,空泡发展与溃灭的整个过程对涡结构的发展也具有显著影响。