优秀论文推荐|上海交通大学:基于自动网格方法的船舶非线性兴波模拟

企业   教育   2024-11-20 22:10   湖北  


该篇文章提出了一种创新的方法来模拟船舶行驶时产生的非线性兴波。在船舶航行过程中,其与水的相互作用会产生复杂的波面,这对于船舶设计和性能分析至关重要。传统的兴波模拟方法往往需要手动创建和调整计算网格,过程繁琐且容易出错。新方法通过自动网格生成技术,能够根据自由表面的变化自动更新网格,大大简化了模拟过程。研究以KCS船型为例,展示了在不同航速下兴波的模拟结果,并与实验数据进行了对比,显示出良好的一致性。这项技术的发展,不仅提高了兴波模拟的效率和准确性,还有助于深入理解船舶在实际海洋环境中的行为,对未来船舶设计和海洋工程具有重要的科学和工程价值。


论文推荐

基于自动网格方法的船舶非线性兴波模拟

石凯元, 张祥瑞, 田浩枫, 朱仁传

中国舰船研究, 2024, 19(5)


本文引用地址(点击可阅读全文)石凯元, 张祥瑞, 田浩枫, 等. 基于自动网格方法的船舶非线性兴波模拟[J]. 中国舰船研究, 2024, 19(5): 28–34. 


● 论文主要内容

1. 研究目的和方法

o 提出了一种用于船舶航行兴波模拟的网格自动生成方法,该方法能够自动处理含复杂艏艉线型的任意船型,并具有强鲁棒性。
o 方法以三角形的全船网格文件作为输入,在船舶航行兴波数值计算中随自由面变化自动生成自由面和瞬时湿表面网格。


2. 研究结果:

o 通过模拟KCS船在不同航速下的兴波,发现数值模拟的船侧波高、船体周围的自由面波形以及兴波阻力与试验结果吻合良好。
o 在较高速的航行工况下,模拟的KCS艉部兴波波面始终保持在艉封板下方,体现了干艉现象。


3. 结论:

所提方法可准确模拟船舶非线性兴波,且具有模拟方艉船型兴波特征的潜力。


4. 数学模型与数值实现:

o 描述了控制方程与边界条件,包括流场内的拉普拉斯方程、自由面上的运动学和动力学条件、船体表面上的边界条件等。
o 介绍了计算域离散求解的方法,使用Rankine面源法求解初边值问题。
o 提出了瞬时湿表面自动生成的方法,包括识别特征线、建立虚拟自由面、计算边与自由面交点、调整近自由面节点位置、切割交于自由面的网格等步骤。
o 描述了自由面节点自动生成方法,包括准备背景网格、提取水线、整理水线节点分布、删除水线包围的背景网格点、调整水线交点外侧背景节点位置等步骤。


5. 数值模拟流程:

o 使用四阶龙格-库塔法更新自由面条件,包括自由面波高的插值补洞、生成虚拟自由面、切割物面网格得到瞬时湿表面网格、重新生成自由面配置点等步骤。


6. 数值结果与讨论:

o 验证了方法的正确性,模拟了KCS船模的兴波流场,并与试验数据和其他数值方法的结果进行了对比。
o 分析了兴波波形、船舶阻力和艉部流场,展示了不同弗劳德数下的兴波波形和艉部波形。

计算域离散方式



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基于自动网格方法的船舶非线性兴波模拟

http://www.ship-research.com/cn/article/doi/10.19693/j.issn‍.1673-3185.03481



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