影響船舶CFD模擬的因素分析與三體船阻力計(jì)算改進(jìn)探討.pdf

1、近十多年來(lái)，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)和計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)理論及技術(shù)的迅猛發(fā)展，CFD技術(shù)越來(lái)越廣泛地用于船舶水動(dòng)力性能的研究。相對(duì)于傳統(tǒng)的水池拖曳試驗(yàn)方法和半理論半經(jīng)驗(yàn)公式的估算方法，CFD方法在船舶水動(dòng)力性能研究中展現(xiàn)了流場(chǎng)模擬的優(yōu)勢(shì)，已經(jīng)成為船舶阻力、推進(jìn)、操縱等性能研究的有效手段。但受限于CFD理論及技術(shù)的發(fā)展水平，采用該技術(shù)得到的數(shù)值結(jié)果受到多種模擬誤差及不確定度的影響，并且各種誤差及不確定度降低了數(shù)值計(jì)算的可靠性及可信度。因此，分析影響船舶

2、CFD模擬精度的各種因素并探討有關(guān)改進(jìn)數(shù)值計(jì)算的方法具有很重要的意義。 論文中為了達(dá)到改進(jìn)船體阻力等水動(dòng)力性能數(shù)值計(jì)算的目的，詳細(xì)分析了網(wǎng)格、湍流模型理論及離散格式等因素對(duì)船舶CFD模擬精度的影響，并借助船體阻力性能的研究探討了多種改進(jìn)船體性能研究的方法的可行性和有效性，最后嘗試性地提出一種新的實(shí)用的改進(jìn)船體阻力計(jì)算的方法并加以了驗(yàn)證。由于船舶CFD模擬中影響船體阻力計(jì)算精度的因素同樣會(huì)影響其它水動(dòng)力性能的研究，因此論文中基于船

3、體阻力計(jì)算得到的相關(guān)結(jié)論同樣適用于其它水動(dòng)力性能的研究。 為了確定網(wǎng)格因素對(duì)船體阻力數(shù)值計(jì)算精度的影響，論文中引入CFD檢驗(yàn)和有效性驗(yàn)證中的網(wǎng)格誤差及不確定度分析方法，開(kāi)展網(wǎng)格收斂研究分析簡(jiǎn)單Wigley船型和數(shù)學(xué)三體船型阻力的數(shù)值計(jì)算中網(wǎng)格誤差及不確定度的影響。結(jié)果表明網(wǎng)格收斂研究可以提高船體阻力數(shù)值計(jì)算的可靠性和可信度；為了確定湍流封閉模型理論對(duì)船體阻力數(shù)值計(jì)算的影響，文中以Wigley船型和數(shù)學(xué)三體船型為研究對(duì)象，計(jì)算了基

4、于不同湍流模型的船體阻力，同時(shí)開(kāi)展了湍流模型常(系)數(shù)的敏感性研究。結(jié)果表明，現(xiàn)有的各種湍流模型用于三體船阻力的數(shù)值計(jì)算時(shí)會(huì)導(dǎo)致不同的模型誤差及不確定度：兩種常見(jiàn)湍流模型中推薦的模型常(系)數(shù)適用于三體船的阻力性能計(jì)算。文中也指出了比較適用于三體船型阻力計(jì)算的湍流模型；了確定對(duì)流項(xiàng)離散格式對(duì)船體阻力數(shù)值計(jì)算的影響，文中以Wigley船型和數(shù)學(xué)三體船型為研究對(duì)象，計(jì)算了不同離散格式情況下的船體阻力。研究結(jié)果表明，不同對(duì)流項(xiàng)離散格式會(huì)導(dǎo)致船

5、體阻力計(jì)算值發(fā)生變化。與網(wǎng)格、湍流模型等因素相比，對(duì)流項(xiàng)離散格式對(duì)船體阻力數(shù)值計(jì)算的影響程度較小。 依據(jù)Wjgley船型和數(shù)學(xué)三體船型阻力性能研究的結(jié)論，文中分別從網(wǎng)格、湍流模型及對(duì)流項(xiàng)離散格式等角度改進(jìn)三體船模型的阻力計(jì)算，但效果不明顯。 對(duì)大量計(jì)算結(jié)果研究發(fā)現(xiàn)，在船體阻力的數(shù)值計(jì)算中，由網(wǎng)格、湍流模型、離散格式及其它因素所導(dǎo)致的誤差及不確定度無(wú)法徹底排除。各種誤差的存在影響船體阻力計(jì)算值與試驗(yàn)值之間偏差的大小。根據(jù)C