标模试验2:KCS船艏兴波破碎

本标模试验为下一届国际船舶水动力学CFD会议的标模,设立该标模的目的是考察粘性CFD方法对包含兴波破碎的船舶复杂自由面流动现象的模拟能力,相关的船模信息及试验工况条件如下。

试验模型

模型试验在中国船舶科学研究中心(CSSRC)拖曳水池中进行。水池长474米,宽14米,深7米。拖车的最大速度为15m/s。

试验模型为国际标准船模KCS,包含两种不同缩尺比船模,模型编号分别为C2724和C2954。在两个模型艏部的X/Lpp=0.05处,布置了激流丝。两个船模见图1。模型和实船的主尺度信息见表1。

图1:C2724(上);C2954(下)

表1 模型与实船的主尺度参数

参数符号实船C2724C2954
缩尺比λ152.666737.89
垂线间长LPP (m)230.04.36716.0702
水线长LWL (m)224.634.26525.9286
型宽B (m)32.200.61140.8498
吃水 (艏垂线)TF (m)12.800.24300.3378
吃水 (船舯)TM (m)10.800.20510.2850
吃水 (艉垂线)TA (m)8.800.16710.2323
排水体积∇ (m3)511300.35000.9399
浮心纵向坐标*LCG (% LPP)1.221.221.22
重心垂向高度KG (m)14.320.2720.378
*LCG在船舯前部时为正

试验工况

试验涵盖三个不同纵倾姿态(A:正浮姿态,TA= TF = 10.8m;B:0.5度纵倾,TA=9.8m / TF = 11.8m;C:1度纵倾,TA=8.8m / TF = 12.8m)。本次会议重点关注Fr= 0.35,1度纵倾姿态下的艏波破碎。详细的试验设置和工况见表2。

表2 实验设置和工况

试验类型 纵倾姿态 模型 Fr 自由度
Photo study C C2724 0.35 固定
A, B, C C2954
阻力测试 (放开) C C2724 0.26 ~0.40 两自由度(垂荡、纵摇)
C2954 0.26 ~0.36
阻力测试 (固定) C C2724 C2954 0.10~ 0.36 固定
艏波测量 (非接触式浪高仪) A, B, C C2724 0.35 固定
C C2954
艏波测量 (伺服式浪高仪) C C2954 0.35 固定
平均速度测量 C C2954 0.35 固定

计算要求

图2 坐标系示意图

计算坐标系定义如图2所示。原点为艏垂线与水线面的交点,x、y、z 轴正向分别指向船尾、船体右舷和竖直向上。

提供的所有数据均采用垂线间长LPP和船模速度UC进行无因次化处理。

需要提交的计算结果如下:

  1. Fr=0.35工况的阻力数据;
  2. Fr=0.35工况的流场数据,包括艏部波形(波高时均图和RMS图,范围见图3)、船体表面波高分布、不同横截面位置处速度分布(X/Lpp=0.15、0.20、0.30)。
图3 KCS船艏部兴波测量区域

参考链接

[1] KCS船模几何模型文件下载:https://www.t2015.nmri.go.jp/kcs_gc.html