船舶阻力及粘性流场的数值模拟

发布时间：2017-03-26 11:11

  本文关键词：船舶阻力及粘性流场的数值模拟，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】： 当前船舶阻力的预测大多数是用经验公式来估算,或者做模型试验换算到实船阻力。前者有估算不准且得不到船舶周围流场的实际情况,而后者虽能较准确的估算实船的总阻力,但依然对船舶的周围流场、尾流场不能精确描述。而且模型试验还受到模型尺寸等实际因素制约不能进行特殊情况下的试验。模型试验还花费巨大以至增加了造船成本。 随着计算机的快速发展,船舶计算流体力学(Computational Fluid Dynamics,简称CFD)方法在计算能力和实用化方面都发生了深刻的变化。其计算船舶的阻力和模拟周围流场的流动细节的功能越来越强,精度上基本能达到工程应用要求,而且花费较模型试验少很多。 本文采用目前广泛应用的商业计算流体力学通用软件FLUENT数值模拟具有自由液面的船舶的粘性流场,自由液面采用VOF(Volume Of Fluid)法进行处理。计算对象是已经做过详细试验,比较成熟的系列60船型。通过大量的试算,选取一个合适的湍流模式,并确定湍流参数。将计算结果与经验公式估算结果和模型试验结果进行比较,给出波高、速度矢量等计算值。然后参考这一算例,又模拟计算了一条实尺度油船的摩擦阻力和粘性流场。 数值计算模拟结果表明,FLUENT可以比较精确的预报船舶的摩擦阻力。对于小尺度的船模,预报的总阻力相差在20%以内。VOF法可以较好的反映出船体兴波情况。通过与无自由液面的结果比较,清晰的显示出自由液面对船舶粘性流场的影响。而且真实的模拟出实尺度船舶流场的压力、流线情况。 这为商业计算流体力学软件FLUENT在计算具有自由表面的船舶阻力方面和其他性能研究的实用性和准确性提供了一些依据。
【关键词】：数值模拟 阻力 粘性流场 FLUENT VOF方法
【学位授予单位】：大连理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2008
【分类号】：U661
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 1 绪论9-14
• 1.1 研究背景及意义9
• 1.2 国内外研究概况与进展9-12
• 1.3 本文的主要工作12-14
• 2 粘性流场数值模拟的基本原理14-33
• 2.1 引言14-15
• 2.2 控制方程15-19
• 2.2.1 质量守恒方程15
• 2.2.2 动量守恒方程(即N-S方程)15-16
• 2.2.3 雷诺方程16-18
• 2.2.4 涡粘模型18-19
• 2.3 湍流模型19-21
• 2.3.1 零方程模型19
• 2.3.2 一方程模型19-20
• 2.3.3 两方程模型(k-ε模型)20-21
• 2.4 壁面函数法21-24
• 2.4.1 近壁面流动特点21-22
• 2.4.2 壁面函数法22-24
• 2.5 边界条件24-26
• 2.5.1 速度入口25
• 2.5.2 流动出口25-26
• 2.5.3 对称边界条件26
• 2.5.4 壁面条件26
• 2.6 运动界面数值追踪和模拟26-29
• 2.6.1 运动界面追踪问题的发展27
• 2.6.2 流体体积函数(VOF)方法27-29
• 2.6.3 VOF方程的求解29
• 2.7 数值方法29-32
• 2.7.1 离散方法29-30
• 2.7.2 SIMPLE算法30-31
• 2.7.3 网格生成31-32
• 2.8 本章小结32-33
• 3 FLUENT软件简介33-40
• 3.1 FLUENT概述33
• 3.2 GAMBIT简介33-37
• 3.2.1 GAMBIT的特点33-34
• 3.2.2 GAMBIT的操作界面34-36
• 3.2.3 网格划分和边界条件的设定36-37
• 3.3 FLUENT求解器简介37-38
• 3.4 应用FLUENT求解问题的步骤38-39
• 3.5 本章小结39-40
• 4 系列60船模的模拟计算40-59
• 4.1 船舶绕流概述40
• 4.2 计算对象40-41
• 4.3 GAMBIT建模41-42
• 4.4 设定控制区域42-43
• 4.5 划分网格43-48
• 4.5.1 划分船体表面43-44
• 4.5.2 生成边界层44-46
• 4.5.3 生成体网格46-48
• 4.6 GAMBIT中设定边界条件48-49
• 4.7 FLUENT求解设定与计算49-58
• 4.7.1 网格导入49
• 4.7.2 计算模型设定49-50
• 4.7.3 边界条件参数设定50
• 4.7.4 求解控制器设定50-51
• 4.7.5 初始化流场51
• 4.7.6 迭代设置51-52
• 4.7.7 计算结果与分析52-58
• 4.8 本章小结58-59
• 5 实尺度油船摩擦阻力及流场的模拟计算59-68
• 5.1 计算前处理59-60
• 5.2 湍流模式的选取60-61
• 5.3 求解设置61-62
• 5.4 计算结果与分析62-67
• 5.5 本章小结67-68
• 结论68-69
• 参考文献69-71
• 攻读硕士学位期间发表学术论文情况71-72
• 致谢72-73

【引证文献】

中国期刊全文数据库 前2条

1 马娟;万德成;;典型标准水面船型阻力和黏性流场的计算[J];中国科学:物理学 力学 天文学;2011年02期

2 陈淑玲;杨松林;刘智;;基于FLUENT的五体船静水中水动力特性数值模拟[J];江苏科技大学学报(自然科学版);2012年06期

中国博士学位论文全文数据库 前1条

1 封星;围油栏拦油数值实验平台及拦油失效研究[D];大连海事大学;2011年

中国硕士学位论文全文数据库 前8条

1 魏炳君;球艏对游艇粘性流场及阻力影响的计算研究[D];武汉理工大学;2011年

2 陈建涛;小水线面双体渔政船总体设计初步研究[D];大连理工大学;2011年

3 曾锋;动水域测算静水航速修正方法研究[D];重庆交通大学;2011年

4 陈成;耙吸挖泥船船型与阻力性能研究[D];上海交通大学;2011年

5 曹元璞;大型舰船运动视景仿真研究[D];哈尔滨工程大学;2011年

6 洪剑飞;舵角和航速影响下的船舶操纵运动建模与仿真[D];大连海事大学;2010年

7 李宝金;安全阀流场仿真与动态特性分析[D];太原理工大学;2012年

8 姚诚钰;基于NAPA的新型高速船船体型线及其参数化设计研究[D];江苏科技大学;2012年

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本文编号：268714