基准实验 202002 - 标准船模KVLCC2平面运动机构试验与流场测量研究

2021-04-30

 海洋工程国家重点实验室

基准实验（Benchmark Test）研究

编号：202002

名称：标准船模KVLCC2平面运动机构试验与流场测量研究

负责人：马宁 教授

 

一、背景 

2002年，国际海事组织颁布实施了船舶操纵性标准“Resolution MSC.137(76)”，使得操纵性仿真分析技术在船型设计中的地位愈发提高。船舶操纵性仿真离不开操纵性模型和通过试验得到的水动力导数，近十年来，粘性流CFD技术在替代模型操纵性试验来获取水动力导数方面显示出了明显潜力，但是对于CFD仿真工具的准确性验证仍然依赖于水池试验得到的数据。因此，国际拖曳水池会议（ITTC）操纵性委员会自第24届ITTC会议以来，一直将操纵性物理试验的进展作为委员会报告中重点，推荐了用于操纵性数值预报仿真的几种标准船模，通过举办国际性专题研讨会SIMMAN2008（截至今年为SIMMAN2020），国际上多家知名船舶与海洋工程水池参与了标准模型的操纵性试验，通过SIMMAN会议的平台与国际上的操纵性CFD研究人员共享试验数据，大幅提高了水池在国际上的知名度和影响力。

 

二、研究目的 

海洋工程国家重点实验室（以下简称：实验室）以ITTC操纵性委员会推荐的标准船模KVLCC2作为试验用模型，组织开展了基准实验研究。项目借助循环水槽，对KVLCC2船模开展平面运动机构（PMM）试验及其PIV流场测量。通过发挥循环水槽的特色，开展流体动力和流场并行测量等具有引领性的标模试验，获得的实验结果不仅可用于操纵性CFD研究，还可大幅提升循环水槽船舶性能试验能力。并且实验结果将陆续在国际学术会议、期刊等发表。本次项目的试验结果以及流场测定结果将与相关CFD研究人员共享，与数值仿真结果相互印证，增强CFD操纵性研究成果的可信度，促进船舶海洋工程水动力试验能力与数值计算能力的两方面提升。实验室还计划将试验结果通过中国造船工程学会船舶力学学术委员会操纵性学组等向ITTC操纵性委员会推介。

 

三、研究内容

海洋工程国家重点实验室以KVLCC2船模为对象，组织开展平面运动机构试验与流场测量基准实验研究。具体研究对象、工况参数、分析数据等参见基准实验方案。

（1）在两种航速状态下，通过循环水槽中模型实验获得基准实验数据。

（2）鼓励国内外研究团队（人员），采用各种数值方法/数值软件，开展对应的背靠背数值模拟研究，要求在模型尺度进行。海洋工程国家重点实验室负责收集不同团队提交的数值模拟结果，与模型实验进行对比、分析。建议提供数值模拟不确定性分析结果。

（3）对数值模拟和基准实验数据的要求：对静态模拟，应包含不少于5个工况点的模拟，每个模拟受力工况包含不少于5s的稳态响应数据；对于动态模拟，每种试验应包含不少于3种最大横摇振幅工况点的模拟，每个模拟受力工况包含不少于3个稳定响应运动周期的时序列数据；给出船模水动力导数模拟结果，典型工况的受力时历及最终获得的水动力导数。对于PIV数据，给出实验方案部分测量面处的流场信息图像。

 

 四、实验方案

针对KVLCC2船模，开展标准船模KVLCC2平面运动机构试验与流场测量实验研究，测量斜拖试验、纯横荡试验、纯艏摇试验和带漂角艏摇试验的横向力和转艏力矩，以及斜拖试验和纯横荡试验的艉部流场信息，作为基准数据对比验证数值模拟结果。

（1）物理模型

本次试验所用模型缩尺比为128.77。裸船体为木质。模型参数及其对应实船数据见表1。试验在上海交通大学循坏水槽进行，试验水温11.9摄氏度。

表1 实船及船模参数表 

（2）试验工况

表2 试验速度

表3 试验工况

 

表4 PIV试验工况

试验内容	说明	来流速度	漂角	横向幅值(m)
阻力试验	测量裸船体螺旋桨盘面处的伴流场和中纵剖面上的船尾部分流场	60%V, 100%V	-	-
斜航试验	裸船体通过变化漂角，测量螺旋桨盘面所在平面处的尾部伴流	60%V, 100%V	8deg, 12deg, 30deg.	-
纯横荡试验	测量t=T/2和t=3/4T时刻（T为振荡周期）螺旋桨盘面所在平面处的尾部伴流	100%V	-	0.25m, 0.4m

 

五、参与方法

有意参加该基准研究（Benchmark Study）的科研团队/人员，请按照附件一（附后）填写申请表，并在2021年6月4日之前提交到kvlcc2benchmark@163.com。待审核通过后，将向参研团队/人员提供报告模板，依据上述实验方案各自独立完成数值仿真，并于2021年9月1日前将相关数值模拟结果和所用数值方法的简单描述按照模板报告形式提交到 kvlcc2benchmark@163.com。同时试验结果也将在各家单位结果提交后发布给参研团队/个人。

收到的所有数值模拟结果将与实验结果进行比较分析，在实验室网站上公开（研究团体/个人信息不公开），并在相关杂志上进行论文发表。

参与人员可依托数值计算和测试数据发表论文，但必须注明“数据来源为海洋工程国家重点实验室Benchmark实验研究项目（编号GKZD010077）”。若参与者将相关实验测试内容用于非学术用途，必需经过实验室书面认可。

 

六、信息发布

该基准实验结果、数值模拟与实验对比分析等，都将以中英文方式在海洋工程国家重点实验室网站上公开发布，并在相关期刊上进行论文发表。

 

附件一： 标模平面运动机构试验与流场测量CFD仿真参研申请表.docx