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静水中并行两船的水动力干扰效应数值研究

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浅水中会遇船舶水动力相互作用数值研究

浅水中会遇船舶水动力相互作用数值研究

浅水中会遇船舶水动力相互作用数值研究作者：张晨曦， 邹早建， 杨勇， ZHANG Chen-xi， ZOU Zao-jian， YANG Yong作者单位：张晨曦,杨勇,ZHANG Chen-xi,YANG Yong(上海交通大学船舶海洋与建筑工程学院,上海,200240)， 邹早建,ZOU Zao-jian(上海交通大学船舶海洋与建筑工程学院;上海交通大学海洋工程国家重点实验室,上海200240)刊名：船舶力学英文刊名：Journal of Ship Mechanics年，卷(期)：2012,16(1)1.Newton R N Some notes on interaction effects between ships close aboard in deep water 19602.Müller E Untersuchungen über die gegenseitige Kursbeeinflussung yon Schiffen auf Binnenwasserstrassen 1967(06)3.Remery G F M Mooring forces induced by passing ships 19744.Dand I W Some measurements of interaction between ship models passing on parallel courses Report R 108 19815.Marc Vantorre;Erik Larforce;Ellada Verzhbitskaya Model test based formulations of ship-ship interaction forcesfor simulation purposes 20016.Tuck E O;Newman J N Hydrodynamic interactions between ships 19747.Yeung R W On the interactions of slender ships in shallow water[外文期刊] 19788.Kijima K Manoeuvrability of ships in confined water 19879.Gourlay T Sinkage and trim of two ships passing each other on parallel courses[外文期刊] 200910.郑才土浅水中船舶相互作用的一种计算方法 1994(06)11.张谢东;刘祖源;吴秀恒船舶超越时相互作用力理论计算 1997(03)12.Zhang Xiedong;Wu Xiuheng Study of hydrodynamic forces of ships in narrow waterway 200313.陈波;吴建康浅水域中两船交错运行时的非定常波浪干涉[期刊论文]-水动力学研究与进展A辑 2005(04)14.Chen H C;Liu T;Huang E T Application of chimera RANS method for multiple-ship interactions in a navigation channel 2002引用本文格式：张晨曦.邹早建.杨勇.ZHANG Chen-xi.ZOU Zao-jian.YANG Yong浅水中会遇船舶水动力相互作用数值研究[期刊论文]-船舶力学 2012(1)。

流场中互相靠近的两物体的水动力特性的数值模拟研究

流场中互相靠近的两物体的水动力特性的数值模拟研究

关键词：圆柱；水动力特性；动网格；相对运动；计算流体力学
ABSTRACT
In the flow field, when two or more objects in close proximity are in relative motion, they will interfere with each other, which is widespread in the enginering. To solve these problems, it is necessary to deeply research the characteristics of the interaction among two or more objects in the flow field. In this dissertation, the hydrodynamic characteristics of two objects approaching to each other in viscous flow were studied using the Computational Fluid Dynamics (CFD) tool based on dynamic mesh technology and some results are obtained. In the two-dimensional (2D) viscid flow, the cylinder force characteristics in the viscid flow were firstly compared with that in the inviscid flow. Then, the characteristics of forces acting on the cylinders in viscid flow under different interstice ratios, different approaching velocities and different background flows were analyzed. The numerical results show that when the background flow velocity is zero, the drag coefficient increases with the decrease of interstice ratio and the increase of approaching velocity. As the background flow velocity is not zero, the drag coefficient increases with the increase of background flow velocity. While the ratio of the background flow velocity to the approaching velocity is large, the force acting on the cylinder vibrates obviously. Further on, the force of the two objects close to each other in the three-dimensional (3D) flow field was analyzed based on the method in the 2D flow field. Compared with the 2D case, the repulsion significantly reduced when the cylinders approached to each other in the 3D case, which shows that the wall effect of cylinders approaching to each other in the 3D case is less than that in the 2D case. We also verify that the calculation method used to simulate rotation ellipsoid problem is reliable. When simulating the situation that underwater ellipsoid was close to the structures and performing rotational movement, we find that the torque exerted on the ellipsoid changes greatly when the ellipsoid rotates around itself and the structures. It should be noticed when the ellipsoid is controlled to perform the precise motion.

两船在静水中的兴波干扰数值计算

两船在静水中的兴波干扰数值计算

两船在静水中的兴波干扰数值计算王小龙;毕毅【摘要】使用VOF方法计算两排水量相当的船型在静水中兴波的水动力干扰,计算时采用两型值一样的Wiglev船作为对象,湍流模式选择了RNG k-ε模型.在模拟计算时,变化两船的航速以及两船的间距,得到不同状态下的兴波波形.将得到的波形加以比较分析,进而得出兴波值最大的位置.低速时兴波最大值出现在距船首1/3船长左右的位置,高速时兴波最大值出现在距船首2/3船长左右的位置.将计算结果与实验结果相比较,令人比较满意,证明这种算法是很有效的,为以后的较为复杂的船型两船干扰模拟计算提供了一些参考.【期刊名称】《中国舰船研究》【年(卷),期】2010(005)006【总页数】5页(P60-64)【关键词】VOF方法;Wigley船型;自由面;兴波干扰【作者】王小龙;毕毅【作者单位】海军工程大学船舶与动力学院,湖北武汉430033;海军工程大学船舶与动力学院,湖北武汉430033【正文语种】中文【中图分类】U661.1两体的水动力干扰研究早在上世纪60年代就已经发起了。

Ohkusu［1］采用系列展开法计算作用在相互连接的两个圆柱体上的水动力。

Van Oorhnerssen［2］采用三维源汇分布法计算了圆柱与方盒的相互干扰水动力系数并与模型试验结果进行比较。

Kodan［3］采用切片法预报两体干扰问题,并且给出了两个结构体在不规则波中的响应结果。

Loken［4］则采用三维源汇分布法分析了波浪中运动的多体之间的干扰。

Duncan等［5］应用Van Oorlmerssen提出的方法计算了两舰之间的耦合运动响应。

Korsmeyer［6］则采用试验的方法研究了两舰的垂向运动,并采用三维面元方法计算了两舰在有限水域的干扰问题。

Williams与Rangapp［7］采用修正平面波方法计算了由多列半浸圆柱结构组成的多层柱海洋平台的水动力载荷与附加质量阻尼系数。

Zhang等［8］采用基于B样条的一种新的数值方法计算三维船体水动力,用B样条函数表达三维船体表面的几何形状以及流场中未知物理量的分布,在一些假设下对两船作平行航行时的干扰水动力做了相应的计算工作。

浅水中会遇船舶水动力相互作用数值研究_张晨曦

浅水中会遇船舶水动力相互作用数值研究_张晨曦
Abstract： Unsteady hydrodynamic interaction due to adjacent ships moving relatively in shallow water has a significant influence on ship maneuverability. By using the dynamic mesh technique and solving the unsteady RANS equation in conjunction with a RNG k -ε turbulence model,numerical simulation of the three-dimensional unsteady viscous flow around two ships meeting in shallow water is conducted, and the hydrodynamic interaction is calculated.The proposed method is verified by comparing the numerical results with experimental data.Then by analyzing the characteristics of the hydrodynamic interaction during the meeting process, the phase during which the ship may become uncontrollable and the collision may occur is indicated. Finally, by analyzing the numerical results obtained at different lateral distance, water depth, ship speed and ship length, the influences of these four factors on the hydrodynamic interaction are illustrated. Key words: ship meeting; shallow water; hydrodynamic interaction; dynamic mesh

浅水中会遇船舶水动力相互作用数值研究

浅水中会遇船舶水动力相互作用数值研究
ａ ｓｇ ｉ ｃ ｎ ｎ ｕ ｎ ｅ ｏ ｈ ｐ ｍａ ｅ ｖ ｒ ｂ ｌ ｙ Ｂ ｓｎ ｅ ｄ ｎ ｍｉ ｓ ｅ ｈ ｉ ｕ ｎ ｏｖ ｎ ｈ ｎ ｉｎ ｆ ａ ｔ ｆ ｅ ｃ ｎ ｓ ｉ ｎ ｕ ｅ ａ ｉ ｔ ． ｙ ｕ ｉ ｇ ｔ ｙ ａ ｃ ｍｅ ｈ ｔ ｃ ｎ ｑ ｅ ａ ｄ ｓ ｌ ｉ ｇ ｔ ｅ ａ — ｉ ｉｌ ｉ ｈ
础上 ， 析 了船 舶 在 整 个 会 遇 过 程 中 的受 力 特 性 ， 出 了 会遇 过程 中船 舶 容 易 失 控 和 发 生 碰 撞 的 阶段 ， 通 过 分 分 指 并 别对 不 同 的船 间 横 向 间距 、 水深 、 速 和船 长 情 况 下 的船 一 水 动 力 相互 作 用 进 行 计算 和结 果 分 析 ， 出 了 以上 四 船 船 得
种 因素 对 船 间 水动 力 相 互 作 用 的 影 响规 律 。
关 键 词 ：船 舶会 遇 ； 水 ； 动 力 相 互 作 用 ； 网格 浅 水 动
中 图分 类 号 ： ６ １ Ｕ ６． ３ 文献标识码 ： Ａ
Ｎｕ ｅ ｉ ａ ｔ ｄ ｎ ｈ ｄ ｏ ｙ ａ ｉ ｎ ｅ ａ ｔｏ ｅ ｗｅ ｎ ｍ ｒｃ ｌｓｕ ｙ ｏ ｙ ｒ ｄ ｎ ｍ ｃ ｉ ｔ ｒ ｃ ｉ ｎ ｂ ｔ ｅ
第 １ ６卷第 １ ２期 －
２１ ０ ２年 ２月
文 章编 号 ：１ Ｏ — ２ ４ ２ ２ ０ — ０ ７ ０ Ｏ ７ ７ ９ （叭 ） １ ０ ２ — ９
船 舶力 ｃ ａ ｉｓ
Ｖｏ ．６ １１ Ｎｏ １ ２ ．— Ｆｅ ｂ．２ ２ ０１
．
ｈ ｄ ｏ ｙ ａ ｃ ｉ ｔｒ ｃ ｉｎ ｉ ａｃ ｌ ｔｄ Ｔ ｅ ｐ ｏ ｏ ｅ ｔ ｏ ｓ ｖ ｒ ｅ ｙ ｃ ｍｐ ｒ ｇ ｔ ｅ ｎ ｍｅ ｉ ａ ｅ ｕ ｔ ｙ ｒ ｄ ｎ ｍｉ ｎ ｅ ａ ｔ ｓ ｃ ｌ ｕ ａ ｅ ． ｈ ｒ ｐ ｓ ｄ ｍｅ ｈ ｄ ｉ ｅ ｆ ｄ ｂ ｏ ａ ｉ ｈ ｕ ｒ ｌｒ ｓ ｌ ｏ ｉ ｉ ｎ ｃ ｓ ｗｉ ｘ ｅ ｍｅ ｔｌ ｄ ｔ ． ｈ ｎ ｂ ｎ ｌ ｚｎ ｈ ｈ ｒ ｃｅ ｉｔ ｓ ｏ ｈ ｙ ｒ ｄ ｎ ｍｉ ｎ ｅ ａ ｔ ｎ ｄ ｒｎ ｈ ｔ ｅ ｐ ｒ ｎ ａ ａ ａＴ ｅ ｙ ａ ａｙ ｉ ｇ ｔ ｅ ｃ ａ ａ ｔ ｒ ｉ ｆ ｔ ｅ ｈ ｄ ｏ ｙ ａ ｃ ｉ ｔｒ ｃｉ ｕ ｇ ｔ ｅ ｈ ｉ ｓｃ ｏ ｉ ｍｅ ｔ ｇ ｐ ｏ ｅ ｓ ｔ ｅ ｐ ａ ｅ ｄ ｒ ｇｗｈ ｃ ｈ ｈ ｐ ｍａ ｅ ｏ ｎ ｏ ｔｏｌ ｂ ｅ ａ ｄ ｔ ｅ ｃ ｌ ｓｏ ｙ ｏ ｃ ｒ ｅｉ ｒ ｃ ｓ ， ｈ ｈ ｓ ｕ ｉ ｉｈ ｔ ｅ ｓ ｉ ｙ ｂ ｃ ｍｅ ｕ ｃ ｎ ｒ ｌ ｌ ｎ ｈ ｏ ｌ ｉ ｎ ｍａ ｃ ｕ ｎ ｎ ａ ｉ ｉ ｉ ｄ ｃ ｔ ｄ Ｆ ｎ ｌ ，ｂ ｎ ｌ ｚｎ ｅ ｎ ｍｅ ｉ ａ ｅ ｕ ｔ ｏ ｔ ｉ ｅ ｔｄｆ ｒ ｎ ａ ｅ ａ ｉｔｎ ｅ ａ ｅ ｅ ｔ ， ｓ ｎ ｉ ａｅ ． ｉ ａｌ ｙ ｙ ａ ａｙ ｉ ｇ ｔ ｕ ｒ ｌ ｓ ｌ ｂ ａ ｎ ｄ ａ ｉ ｅ ｅ ｔ ｔ ｒ ｌｄ ｓａ ｃ ，ｗ ｔｒ ｄ ｐ ｈ ｈ ｃ ｒ ｓ ｆ ｌ

环境干扰力作用下船舶操纵运动仿真数学模型研究

环境干扰力作用下船舶操纵运动仿真数学模型研究

环境干扰力作用下船舶操纵运动仿真数学模型研究近年来，环境干扰力对于船舶运动影响的研究已经引起了广泛关注。

如何在环境干扰力的影响下，保证船舶正常运行，成为当前的研究热点。

本文将探讨在环境干扰力作用下船舶操纵运动仿真数学模型的研究。

船舶操纵运动主要包括船舶速度、姿态和轨迹控制等方面。

在环境干扰力作用下，船舶的运动会受到多种因素的影响，如风、浪、流等。

这些因素会改变船舶的运行状态，影响船舶的操纵性能。

因此，建立适合环境干扰力作用下的船舶操纵运动数学模型是十分必要的。

首先，针对船舶运动中风力和浪力的干扰，本文采用了基于CFD模拟的方法。

CFD模拟能够模拟环境干扰力对船舶的影响，得出受力情况，对建立数学模型有很大的帮助。

其次，针对船舶操纵运动数学模型中的非线性问题，本文采用了基于状态观测器的方法进行建模。

状态观测器能够对船舶运动状态进行估计，解决了运动控制过程中对运动状态信息的获取问题。

在得到船舶操纵运动数学模型后，本文采用了数值仿真进行模拟。

仿真结果表明，在环境干扰力的作用下，船舶操纵运动受到了一定的影响。

但采用本文所建立的数学模型，能够使船舶的运动状态得到有效控制，实现船舶的正常运行。

总之，环境干扰力作用下，船舶操纵运动的数学模型的建立，对于保证船舶正常运转有着重要的作用。

本文所建立的数学模型，为船舶运动的研究提供了一种新的思路和方法，也为后续的研究提供了一些有价值的参考和借鉴。

为了更好地研究船舶在环境干扰力作用下的操纵运动，本文收集了一些相关数据，并进行了分析。

下面将分别介绍数据来源和分析结果。

数据来源本文收集的数据主要来自于实验和CFD模拟。

实验主要采用了船舶模型和风洞模型，对船舶运动中风力和浪力的干扰进行了测量。

CFD模拟则通过数值模拟的方式，模拟环境干扰力对船舶的影响，得到了受力情况。

以此作为数据基础，本文建立了适合环境干扰力作用下的船舶操纵运动数学模型，并进行了数值仿真。

分析结果收集的数据主要涉及船舶运动的速度、姿态和轨迹控制等方面。

潜艇近水面航行自由液面干扰效应数值研究

Vol. 43, No. 1Jan., 2021第43卷第1期2021年1月舰船科学技术SHIP SCIENCE AND TECHNOLOGY潜艇近水面航行自由液面干扰效应数值研究王陆I,毕毅I,周广礼2,向国I,欧勇鹏I(1.海军工程大学舰船与海洋学院，湖北武汉430033; 2.中国人民解放军92578部队，北京100161)摘 要：针对潜艇近水面航行艇体水动力呈现显著变化的问题，本文在验证数值计算方法可行性的基础上，开展不同潜深及航速下潜艇粘性流场的数值模拟，获取艇体阻力、垂向力及纵倾力矩随水深及航速的变化规律。

模拟结果表明：潜深是影响潜艇近水面与深水状态水动力性能差异的决定性因素，当潜深与艇体直径的比值H/D^1.3时，近水面效应显著；而当HIDN2.9时，可认为潜艇水动力性能与深水状态无显著差异；近自由液面条件下(H/QW1.3),潜艇所受阻力及垂向力系数随航速的增大均呈现明显波动现象，这主要是由于自由面的兴波干扰使得艇体表面压力变化所引起。

关键词：潜艇；近水面；文丘里效应；水动力性能；数值模拟中图分类号：U661.32 文献标识码：A文章编号：1672 - 7649(2021)01 - 0083 - 06 doi ： 10.3404/j.issn.l672 - 7649.2021.01.015Numerical study on submarine's hydrodynamic performance for near-surface conditionsWANG Lu 1, BI Yi 1, ZHOU Guang-li 2, XIANG Guo 1, OU Yong-peng 1(1. College of N aval Architecture and Ocean, Naval University of Engineering, Wuhan 430033, China;2. No.92578 Unit ofPLA, Beijing 100161, China)Abstract: Aiming at the problem that the hydrodynamic force of submarined near-surface sailing hull presents signific ­ant changes, numerical simulation of a submarine in various diving depths and advancing velocities were carried out based on verified method. Hydrodynamic performance, including resistance, vertical force and trimming moment, was obtained toanalysis the near-surface effect. Calculation results indicate that: Diving depth is the conclusive factor for near-surface sub ­marine comparied with deep-water condition. When the ratio between diving depth and submarine's diameter was less than1.3 (HZDW1.3), the free surface effect was remarkable and with H/D^2.9, there was little difference between near-surface and infinite deep water condition for submarine's hydrodynamic performance. For near-surfece conditions (//ZDW 1.3), the resistance and vertical force coefficients fluctuated with advancing velocities obviously. This phenomenon was mainlycaused by the variation of submarine's pressure distribution, which was aroused by free-sxn-face wave.Keywords: submarine; near-surface ; venturi effect; hydrodynamic performance ; numerical simulationo 引言作为现代海军作战力量的重要组成部分，潜艇在 空间立体作战及战略威慑中均发挥着无可替代的作用叫 当前按照动力来源，潜艇可分为核动力及常规动力两大类，前者多在深海中隐蔽航行，其续航力及水下潜 航时间均远优于常规动力潜艇，然而对于近海岸侦 察、打击及巡逻等军事任务，各国则更多地应用排水 量相对较小的常规动力潜艇。

《中国舰船研究》2017年总目次

第6期
2017 年总目次
141
2017 年总目次
序号
文题
1 KCS 标称伴流场的尺度效应数值分析
2 三维水翼梢涡流场数值研究
作者卷（期）：页码源自张 海 鹏 ，张 东 汗 ，郭 春 雨 ，王 恋 舟 ， 刘恬
12（1）：1-7
蒲汲君，熊鹰
12（1）：8-13，26
3 船艏及干舷压浪在高速艇上的应用对比
魏成柱，李英辉，易宏
12（4）：128-131
80 混合驱动水下滑翔机自噪声测量及分析
刘璐，肖灵
12（4）：132-139
81 双层圆柱壳异常噪声源定位试验研究与应用
李瑞彪，徐荣武，崔立林，余文晶
82
基于矢量声压组合基阵的柱面分布噪声源近场高分辨 定位方法
左翔，陈欢
83 舰船消防安全工程研究现状
陆守香，陈潇，吴晓伟
12（4）：140-146 12（4）：147-150
12（6）：1-5 12（6）：6-14 12（6）：15-21 12（6）：22-29
105 舵空泡对船体压力脉动的数值分析
王友乾，叶金铭
12（6）：30-35
106 基于湍流脉动压力的波数—频率谱预报流噪声 107 RANS，DES 和 LES 对螺旋桨流噪声预报的适用性分析
金月，俞孟蕻，袁伟
21 基于 CFD 的船舶横摇数值模拟与粘性效应分析
罗天，万德成
12（1）：84-92，100 12（1）：93-100
12（1）：101-106，133 12（1）：107-115，133
12（1）：116-121 12（1）：122-127
12（1）：128-133
12（1）：134-139 12（2）：1-11，48

船_舵_桨的水动力干扰效应研究_侯建军_石爱国_吴明_杨波

SHIP ENGINEERING 船舶工程V ol.36 No.1 2014 总第36卷，2014年第1期船-舵-桨的水动力干扰效应研究侯建军，石爱国，吴 明，杨 波（海军大连舰艇学院航海系，辽宁大连 116018）摘 要：基于计算流体力学方法，结合滑移网格技术与动网格技术，实现了带自由面的双桨双舵舰船的直航与斜拖的数值模拟试验，并根据数值模拟所得到的若干数据求取了桨的实效伴流系数、流入舵的纵向有效速度与有效冲角、操舵诱导横向力关于舵力的修正因子及其距舰船重心的无量纲距离等船、舵、桨相互干扰系数。

数值模拟结果与权威水池试验结果相比对，吻合良好。

关键词：舰船；螺旋桨；舵；干扰；计算流体力学中图分类号：U661.1 文献标志码：A 文章编号：1000-6982 (2014) 01-0041-04Research on Hydrodynamic Interference Effect betweenHull Rudder and PropellerHOU Jian-jun, SHI Ai-guo, WU Ming, Y ANG Bo(Navigation Dept., Dalian Naval Academy, Liaoning Dalian 116018, China)Abstract: Based on Computational Fluid Dynamics method, the sliding mesh and dynamic mesh method is adopted to simulate straight line and oblique towing test of ship with twin propellers and twin rudders. And according to the simulation results, the interference coefficients, such as effective weak field coefficient, rudder’s effective longitudinal velocity and effective attack angle and rudder force’s modificatory factor for ship handling derivational transverse force and its dimensionless distance to ship’s gravity point, are calculated. The numerical simulation results show good agreement with the corresponding tank test.Key words:warship; propeller; rudder; interference; computational fluid dynamics(CFD)自MMG方程提出以来，国内外许多学者对船、舵、桨间相互干扰问题展开了大量的研究。

双体船干扰阻力计算研究

双体船干扰阻力计算研究郎济才;胡翩;范蠡;童扬武【摘要】The resistances of the transom stern catamaran were calculated in Fluent .By adjusting the demi-hull separation , the relationship between the interference resistance of demi-body and hull separation was studied .The numerical results and the theoretical analytical results were compared with showing that they are in good agreement .%根据给定的方艉双体船，用Fluent软件进行船舶阻力计算，通过不断调整双体船片体间距，分析片体间的干扰阻力与片体间距之间的关系，并且将CFD软件模拟结构与理论计算结果进行对比，结果证明，软件计算结果与理论计算结果吻合较好。

【期刊名称】《船海工程》【年(卷),期】2014(000)002【总页数】5页(P62-65,70)【关键词】双体船;干扰阻力;有利干扰;CFD【作者】郎济才;胡翩;范蠡;童扬武【作者单位】哈尔滨工程大学船舶工程学院，哈尔滨150001;中国舰船研究设计中心，武汉430064;广州船舶及海洋工程设计研究院，广州510250;哈尔滨工程大学船舶工程学院，哈尔滨150001【正文语种】中文【中图分类】U611.31双体船作为新型船舶的一种，其发展倍受人们关注。

较之普通单体船，其具有更宽大的甲板面积、舱容和更好的船舶特性。

例如其稳性明显优于单体船，且具有承受较大风浪的能力；具有良好的操纵性，而且阻力峰不明显、装载量大等[1]。

如何既兼顾双体船上述的优良特性又具有较小的阻力而获得较好的快速性是双体船研究的重中之重。

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收稿日期： 2017 - 04 - 25 网络出版时间： 2017-11-28 11:11
GAO Zhiyong， BI Yi， YAO Chaobang
基金项目： 国家自然科学基金资助项目 （50879090， 5150256） ； 水动力重点基金资助项目 （9140A143071251311044） ； 航空科 作者简介： 高智勇， 男， 1992 年生， 硕士生。研究方向： 船舶流体动力性能。 学基金资助项目 （20152316005）
Department of Naval Architecture Engineering， Naval University of Engineering， Wuhan 430033， China Abstract： ［Objectives］ This paper researches the influence of hydrodynamic interaction between two parallel vehicles advancing in close proximity on maneuvering.［Methods］Based on an unsteady RANS approach，the hydrodynamic interaction between two parallel ship models advancing in calm water in close proximity is analyzed via numerical 3D simulations. The effects of transverse and longitudinal distances on hydrodynamic forces acting on the hull under distinct forward velocities are investigated. Meanwhile，the changes and contributions of various disturbance components in the hydrodynamic interactions of two parallel ships are discussed.［Results］ The results indicate that the lateral force reaches its peak when the longitudinal distance between the ships' centers is zero，with each ship drawing the other close. The effect of lateral interaction sees a downward trend with the lateral distance increases，with the maximum decrease of lateral force reaching 50% in the studied range. The longitudinal distance has a great effect on yaw moment，resulting in changes in value and direction. It is easier for two ships to collide when they are near or have just pulled away. The influence of wave-making on the hydrodynamic interaction between two hulls can be ignored at low speeds，while at high speeds it should be taken into account.［Conclusions］ The numerical results of this paper provide the basis for constructing a mathematical model of the interaction between two ships. Key words： two parallel ships； hydrodynamic interaction； calm water； wave-making
毕毅 （通信作者） ， 男， 1963 年生， 副教授， 硕士生导师。研究方向： 船舶流体动力性能。
第6期
高智勇等： 静水中并行两船的水动力干扰效应数值研究
7
0
引
言
力， 通过与试验结果的对比， 验证数值计算方法的 可靠性。并在此基础上， 进一步分析两船靠近、 并 行以及驶离时的相互作用力， 系统分析相互作用 力随横向和纵向间距的变化规律， 揭示两船近距 航行时的危险状态。
静水中并行两船的水动力干扰效应数值研究
海军工程大学 舰船工程系， 湖北 武汉 430033
摘 要： ［目的］为研究近距并行两船的相互干扰效应对船舶操纵性的影响， ［方法］基于 RANS 方程对静水中
高智勇， 毕毅， 姚朝帮
并行两船的水动力干扰作用进行数值模拟， 分析两船在不同横向间距、 纵向间距和航速条件下阻力、 横向力、 纵 向力及摇艏力矩的变化规律， 并在此基础上进一步阐述各种干扰力成分在两船水动力干扰中的变化及贡献比 例。 ［结果］研究结果表明， 两船所受横向力在纵向间距为 0 （即中对中） 时最大， 表现为吸引力； 随着横向间距的 与驶离补给阵位时， 所受摇艏力矩使两船艏艉相互接近， 此时容易发生碰撞。在低速状态下可以忽略航行兴波 对两船相互干扰的影响， 而高速航行时则不容忽略。 ［结论］所得结果可为研究两船操纵运动时相互作用力数学 模型的构建奠定基础。 关键词 ： 两船并行； 水动力干扰； 静水； 兴波 中图分类号 ： U661.32
式中： （i， j， t 为时间；ρ 为流体密度；x i ，x j ，x l 为 l=1， 2， 3） 空间分量； ui ， uj ， u l 为速度分量；p 为 静压；μ 为流体粘度；δ ij 为任意两个正交坐标基 --矢 量 点 积 ；- ρ u i' u 'j 为 雷 诺 应 力 ， 其中上 划 线 符 号
给过程中并行两船的耐波性。在理论研究方面， “—” 表示变量的时均值；fi 为单位质量力。 Tuck 等［10］、 Yeung［11］、 Davis 等［12］及 Xiang 等［13］基于 湍流模式为 RNG k -ε 模型： --细长体理论的匹配渐进展开法， 研究了开阔水域、 u i' u 'j k= （2） 狭窄水道中两船间的相互作用力， 并在研究中忽 2 ------' ' 略 了 流体粘性的影响。此外， Xiang 等［14-15］、 Yuan μ æ ¶u i ö æ ¶u i ö ε= ç （3） ÷ç ÷ 等［16-17］基 于 三 维 Rankine 源 法 研 究 了 波 浪 中 并 行 ρ è ¶x k ø è ¶x k ø 两船的水动力干扰问题； Zhou 等［18］采用势流理论 ε 为湍能耗散率；x 为沿平均 式中：k 为湍动能； 数值分析了限制水域船间水动力相互作用； 张谢东
文献标志码： A DOI： 10.3969/j.issn.1673-3185.2017.06.002
增加， 相互作用效应减弱， 横向作用力最大降幅达到 50% 以上。纵向间距对摇艏力矩的影响较大， 两船在进入
Numerical study of hydrodynamic interaction between two ships in calm water
1
1.1
控制方程
船体粘性流场计算方程
RANS 方程是粘性流体运动学和动力学的控
制方程， 本文以此作为求解船体粘性兴波流场的 基本方程， 其具体形式为：
¶ ( ρu ) + ¶ ( ρu u ) = - ¶p + i i j ¶t ¶x j ¶x i -' ' ¶ éμ( ¶u i + ¶u j ) - 2 μ ¶u l δ ù + ¶ ( - ρ u ） ê ú i u j ) + ρ f i（1 ¶x j ë ¶x j ¶x i 3 ¶x l ijû ¶x j
航运业的发展使得港口、 航道内的船舶密度 有所增加， 故海上补给以及两船之间货物、 燃油的 输送作业也日益频繁。受间距限制， 两船并行航 行时其内侧流场会发生变化， 相互作用力不可忽 视， 严重时还会危及船舶的安全航行， 甚至发生事 故。根据我国 1990 年颁布的 《船舶交通事故统计 规则》 统计结果， 船舶碰撞在海难事故中占有较大 比例［1］。因此， 两船靠近时的相互作用力规律及 影响因素是国内外学者研究的热点。 两船间的相互作用力研究方法分为模型试验 和理论计算 2 种。基于模型试验方法， Newton［2］， Remery［3］， Dand［4］分别研究了深水两船追越、 狭窄 水道两船会遇与超越， 以及航行船舶与系泊船的 水动力影响。近年来， Vantorre 等［5-6］通过开展一 系列模型试验， 全面研究了复杂工况下两船的水 动力相互作用， 并提出了较为实用的两船相互作 用 力 估 算 公 式 。 Lataire 等［7-8］在 船 舶 过 驳 作 业 方 面开展了一系列模型试验。郑平宇等［9］研究了补
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等［19］、 陈波等［20］分别利用边界元法和 Green-Naghdi 方程研究了浅水中两船超越及会遇的相互作用 力； 许勇等［21-22］采用三维移动脉动源格林函数研 究了波浪中并行两船的水动力干扰问题， 建立了 相应的数值计算方法， 其计算值与试验值吻合度 较高； 周广礼等［23］研究了两船并行时漂角和相对 位置对水动力干扰的作用； 张 晨 曦 等［24］基 于 Fluent 和动网格技术研究了浅水中会遇船舶的相 互作用力； 徐华福等［25］基于高阶面元法对浅水中 两船会遇和追越时的两船水动力干扰进行了预 报。然而， 这些研究在采用势流方法计算时均忽 略了流体粘性的影响， 在采用粘性方法计算时均 忽略了航行兴波的贡献， 且对航行兴波在两船相 互干扰作用中的贡献也没有进行深入研究。 Navier-Stokes， RANS） 方程， 采用商用流体力学软 本 文 拟 基 于 雷 诺 平 均 N-S （Reynolds Average