船舶CFD的发展和应用
基于CFD_的直接进气系统在船舶上的研究与应用
972023年·第4期·总第205期基于ＣＦＤ的直接进气系统在船舶上的研究与应用冯树才 曲东旭 陈彦臻 李 智（中国船舶及海洋工程设计研究院 上海 ２０００１１）摘 要：…为进一步降低船舶能耗，该文以某大型散货船为研究对象，提出直接进气系统的设计方案。
基于计算流体力学（computational…fluid…dynamics,…CFD）数值模拟法，对设计的合理性进行分析，并对直接进气系统在实船上的应用进行探讨。
理论分析与实船验证结果表明：进气风道内流速与设计流速相符，直接进气系统总阻力远低于许用限制值，通过增压器的自吸能力可直接吸入舷外空气，系统设计合理；应用该系统后，主机、辅机油耗降低，机舱风机运行总能耗降低50%，初始投资回收周期短，可降低船舶运营成本。
关键词：直接进气系统；计算流体力学；数值模拟；实船应用；船舶运营成本中图分类号：U664.86………文献标志码：A………DOI ：10.19423/ki.31-1561/u.2023.04.097Research and Application of Direct Air Intake System on ShipsBased on Computational Fluid DynamicsFENG Shucai QU Dongxu CHEN Yanzhen LI Zhi(Marine Design & Research Institute of China, Shanghai 200011, China)Abstract: A design scheme of the direct air intake system of a large bulk carrier is proposed in order to reduce the energy consumption of the ship. The rationality of the design is analyzed by numerical simulation based on the computational fluid dynamics (CFD). And the application of the direct air intake system on the ship is also discussed. Theoretical analysis and ship trial show that the flow velocity in the intake duct is consistent with the designed flow velocity, and the total resistance of the direct intake system is much lower than the allowable limit value. The outboard air can be directly inhaled through the self-absorption capacity of the turbocharger, and the system design is reasonable. By applying this system, the fuel consumption of the main engine and auxiliary engine is reduced, the total energy consumption of the fan in the engine room is reduced by 50%, and the initial investment recovery cycle is short with reduced cost of ship operation.Keywords:…direct air intake system; computational fluid dynamics(CFD); numerical simulation; real ship application; ship operating costs收稿日期：2023-05-08；修回日期：2023-06-15作者简介：冯树才（1981-），男，本科，高级工程师。
CFD软件的开发与优化
CFD软件的开发与优化在现代科学和工程领域中，计算流体力学（CFD）软件已经成为不可或缺的工具。
它们被用于众多领域，如飞行器、汽车、建筑、机械、船舶等。
CFD软件的发展使得研究人员和工程师能够更好地理解流体力学现象，同时得到更准确的数值模拟结果，从而提高设计效率和性能优化。
本文将探讨CFD软件的开发和优化，以及如何利用先进技术来解决在实际应用中所面临的问题。
CFD软件是在计算流体力学基础上开发出来的。
在这个过程中，许多专业领域的知识，如数值方法、计算机科学和工程等，都被整合到CFD软件的开发中。
其中，数值方法是CFD软件的核心部分，也是优化软件的关键。
CFD软件使用的数值方法通常是基于Navier-Stokes方程的有限体积或有限元方法。
数值方法的主要目的是将Navier-Stokes方程离散化，从而获得流动的数值解。
CFD软件的开发过程可以分成四个主要阶段：首先，需求分析。
在这个阶段，软件开发团队与客户进行合作，确定软件的特定需求。
其次，设计和实现。
在这个阶段，软件开发团队开始实施需求并设计软件的架构。
然后是测试和修复阶段，这个阶段主要是为了测试软件的功能是否完全符合客户的需求，并修复错误。
最后是验证和优化。
在这个阶段，软件将被验证是否能够正确处理流体的行为，同时团队也会尝试优化性能以提高软件的效率。
虽然CFD软件的开发过程相对标准化，但是在实际应用过程中，软件的性能和可靠性常常面临挑战。
让我们看一下CFD技术所面临的几个主要问题，并讨论如何优化解决这些问题。
1.网格划分CFD软件使用网格来表示流体域，问题在于如何在这个域上划分出较少、但又足够准确的网格。
网格的分辨率对解决流体力学问题很重要，因为它直接影响数值解的准确性。
然而，高分辨率的网格需要更多的计算资源，造成较长的计算时间。
为解决该问题，可以使用适应性网格技术。
采用适应性网格技术，可以在需要求解高分辨率区域时增加网格分辨率，并在低分辨率区域保持网格分辨率，从而提高计算效率。
船舶设计中的CFD模拟与性能优化研究
船舶设计中的CFD模拟与性能优化研究船舶设计中的CFD模拟与性能优化研究在现代船舶工程领域中扮演着重要的角色。
基于计算流体力学（CFD）模拟，船舶设计者能够通过分析和优化船体、船舱、推进设备和其他与船舶流体力学相关的部件来提高船舶性能和效率。
本文将重点探讨CFD模拟在船舶设计中的应用，并介绍优化策略以提高船舶性能。
CFD模拟是通过使用数值方法来模拟流体流动和传热现象的技术。
在船舶设计中，通过CFD模拟可以准确地预测船舶在不同流动条件下的流体力学特性和性能表现。
CFD模拟可以帮助船舶设计师了解船体在不同速度下的阻力和流线型，以及推进装置产生的推力和推进效率。
此外，CFD模拟还可以用于研究和优化涉及船体结构和推进设备的细节设计。
船舶推进效率的优化是船舶设计中的一个重要方面。
通过CFD模拟，可以精确计算船舶在运行过程中的阻力和推力，从而确定最佳的推进装置和推进功率。
同时，通过调整船体的外形设计和船体附加装置，如船底舵和螺旋桨喷水装置等，可以改善船舶的流体动力学性能和降低能耗。
船舶的阻力形成船舶在水中运动时所需的推动力。
通过CFD模拟，船舶设计师可以研究如何减小船体的阻力，从而提高船舶的速度和能效。
例如，通过调整船体的几何形状，减少船体表面的阻力和摩擦力，船舶的阻力可以得到降低。
此外，通过在船底舵和螺旋桨等部件上安装类似凸起物的附加装置，可以改善流体的分离和流线型，减少湍流，提高船舶的流线型和流体动力学性能。
船舶涡流对航行性能和船体稳定性具有重要影响。
通过CFD模拟，可以分析船舶周围的流场，了解涡流的产生和演化过程，从而优化船舶的设计。
例如，在设计船体的下水口和船体船底时，可以通过CFD模拟，确定合适的尺寸和形状，以避免过多的涡流产生，降低水阻和航行噪音。
此外，通过调整船舶的航行速度和角度，可以改变湍流产生的位置和强度，进而优化船舶的流体动力学性能和航行稳定性。
除了船体设计的优化，CFD模拟还可以用于优化船舶推进装置的设计。
CFD在船舶行业中的发展和应用
１基本 概念
Ｃ Ｆ Ｄ是采用数值计算方法来描绘流体运动 的一门技术 ， 其所描 绘 的流 体运 动状 态 有 以下 情况 ： 传热、 流动 、 化学 反应 过 程及 固 、 流 体 之间的相互作用等。理想流体在上述所提及 的运动过程中会始终保 持质量 、 动量和能量守恒 ， 设定一个有限控制体并针对这个控制体分 别 建立 动 量 、 质量 、 和能 量 守恒 的基 本 方程 ， 运用 数 值 方 法取 得 结 果 即是 Ｃ Ｆ Ｄ要处 理 的主要 问题 。 船舶 Ｃ Ｆ Ｄ方 法是 应用 理论 流体 力学 或 者数值流体力学方法 ， 来计算和预报船舶水动力性能的一种方法 ， 其 通过采用模拟牛顿不可压缩流体三维湍流运动 的压力场 、速度 的方 式来进行计算和预报， 计算和预报内容包含了对 波形状况 、 伴流、 阻 力等的研究 ， 以及对船舶直航性能、 敞水性能、 操纵性能 以及推进性 能等进行研究 ， 以达到预测船舶性能、 优化船舶设计方案和对船舶周 围流场 现象 及理 论进 行分 析研 究 的 目的。 ２ Ｃ Ｆ Ｄ技 术 的发展 历程 船舶 Ｃ Ｆ Ｄ的发展历程主要经历 了三个阶段 ， 第一个 阶段是船舶 Ｃ Ｆ Ｄ初始发展阶段， 在上世纪七十年代末 ， 英国帝国科技大学的博士 生Ａ ｂ ｄ ｅ ｌ ｍ ｅ ｇ ｕ ｉ ｄ Ａ ． Ｍ在他的毕业论文里开创性的提 出了关于船舶流 动的数值计算方法， 他使用的方法来 自于传热 问题 的计算技术。 第二 个 阶段是 由 １ ９ ８ ５年 到 １ ９ ９ ３ 年 ，因为 及早 确定 了船 舶 Ｃ Ｆ Ｄ的发展 方 向和 目 标， 所以船舶 Ｃ Ｆ Ｄ的理论研究向着成熟化和多元化前进。 最先 是Ｌ ． Ｌ ａ ｒ ｓ ｓ ｏ ｎ 等提出来 的适用范围较 大的数值贴体网格生成方法 ， 接 下 来是 有 限解 析格 式 方法 的应 用 ， 吸 引 了当 时很 多研 究人 员 的 目光 。 在 这其 中应 用 比较 成 功 的是一 种 共位 非交 错 的 网格 配置 方法 ，并 且 由该方法导出了根据该速度配置的相融解法 。第三个 阶段是 由 １ ９ ９ ３ 年起 到现 在 ，随着 计算 机 技术 的 飞速 发展 和计 算 数学 理论 的不 断完 善， 计算 方 法 也呈 现 出 了跨 越 式 的 发展 ， 很多优秀的 Ｃ Ｆ Ｄ程序 得 到 了扩散 ， 很多 商用 Ｃ Ｆ Ｄ软件 也逐 渐加 入 了该市 场领 域 ， 所 以很 难 分辨 出哪种方法或者哪种软件的计算结果是最好 的。 ３目前 Ｃ Ｆ Ｄ的发展现状及特点 （ １ ） 代数 方程 求 解法 。由于偏 微 分方 程 是控 制 方程 ， 它 的求 解 过 程 必然 会得 到 大线 性 代数 方程 组 的求 解 ，增加 迭 代收 敛 的速 度 和减 少内存 ， 使其满足精度要求 ， 是该算法的主要研究 目标。 （ ２ ）计算网格 自动产生法。网格 自动产生的研究工作主要集 中 于对 复杂几 何形 状 的描述 。 （ ３ ） 控制 方程 离 散法 。主要 方法 有差 分 法 、 有 限体 积法 和有 限元
船舶流体力学的研究与应用
船舶流体力学的研究与应用船舶流体力学（Ship hydrodynamics）是研究船舶在水中运动的力学学科，包括流体力学、船舶时变力学、海洋动力学等方面。
自从人类第一次制造出船只以来，船舶流体力学一直是人们探索的领域之一。
如今，随着科技的不断发展，船舶流体力学的研究内容越来越广泛，应用领域也越来越广泛。
一、船舶流体力学的研究1.1 流体力学在船舶流体力学中，流体力学是最核心、最重要的研究内容。
主要涵盖标准流体动力学理论、非线性理论和计算流体动力学等方面。
在船舶工程中，流体力学有着广泛的应用，从温和的稳定流到涡流、湍流，涉及了许多前沿领域。
在流体力学的基础理论中，有欧拉方程、纳维-斯托克斯方程、伯努利方程及质量守恒方程等。
而且计算流体动力学（CFD）技术在船舶流体力学方面有着广泛的应用，可以用来模拟船舶在不同载荷情况下的运动和自然流动的动态过程。
1.2 船舶时变力学船舶时变力学是船舶流体力学的另一个重要研究方向，主要研究船舶在运动中的动力学特性，例如浪冲击、动稳定性和操纵品质。
时变流体力学的研究主要包括气垫船、深潜器、涡流抗拒等方面，以及在海上运动的各类船舶，包括大型油轮、航空母舰，以及工作船等。
1.3 海洋动力学海洋动力学作为一个相对独立的学科，也是船舶流体力学领域中一个重要的方向，主要涵盖海洋微观流体运动、温盐场分布、海岸流、波浪、海流及海底地形等方面。
这些领域与航海、渔业、岸边工程、海洋开发和海岸警卫等都有密切联系。
二、船舶流体力学的应用2.1 船舶设计船舶流体力学在船舶设计方面有着广泛应用，可以用于评估船体流通性能、推进系统效率、操纵性和稳性等。
通过CFD技术，可以预测船舶在不同荷载下的性能，包括速度、加速度、转弯半径等。
船舶CFD模拟可以让设计师更好地理解船体的流场结构和运动特性，进而进行更好的船舶设计。
2.2 船舶运动控制船舶的运动控制是船舶控制的重要组成部分，也是船舶流体力学的重要应用领域之一。
CFD技术在船舶领域的应用
CFD技术在船舶领域的应用一、引言在船舶阻力性能研究领域，传统的确定船舶阻力的方法有船模试验的方法、理论计算方法和波形分析方法。
与传统理论计算方法和波型分析方法相比，新兴的CFD方法处理带自由表面的流动问题已经达到了一定的精度，并且这种方法克服了将船体粘性流场与自由波场分开研究的特点，将船体阻力作为一个整体，从而使船舶CFD的数值计算结果和水池船模拖曳试验的目标相一致，大大增强了数值计算结果与试验数据的可比性，同时也极大的减少的船舶设计中的工作量，提高了效率。
二、关键字CFD技术船舶阻力船舶优化应用三、计算流体力学的起源计算流体力学（Computational Fluid Dynamics）是通过计算机数值计算和图像显示，对包含有流体流动和热传导等相关物理现象的系统所做的分析。
他作为流体力学的一个分支产生于第二次世界大战前后，在20世纪60年代左右逐渐形成了一门独立的学科。
总的来说随着计算机技术及数值计算方法的发展，我们可以将其划分为三个阶段：第一，初始阶段（1965～1974）这期间的主要研究内容是解决计算流体力学中的一些基本的理论问题，如模型方程（湍流、流变、传热、辐射、气体－颗粒作用、化学反应、燃烧等）、数值方法（差分格式、代数方程求解等）、网格划分、程序编写与实现等，并就数值结果与大量传统的流体力学实验结果及精确解进行比较，以确定数值预测方法的可靠性、精确性及影响规律。
第二，工业应用阶段(1975～1984年)随着数值预测、原理、方法的不断完善，关键的问题是如何得到工业界的认可，如何在工业设计中得到应用，因此，该阶段的主要研究内容是探讨CFD在解决实际工程问题中的可行性、可靠性及工业化推广应用。
第三，快速发展阶段（1984至今）CFD在工程设计的应用以及应用效果的研究取得了丰硕的成果，在学术界得到了充分的认可。
四、计算流体力学的基本原理计算流体力学以理论流体力学和计算数学为基础，是这两门学科的交叉学科。
CFD在船舶建模中的应用研究
CFD在船舶建模中的应用研究CFD（计算流体力学）是一种基于数值计算的方法，用于模拟流体的运动和相互作用。
在船舶建模领域，CFD已成为一种重要的工具，被广泛应用于设计优化、性能评估和安全分析等方面。
一般来说，CFD在船舶建模中的应用主要涉及以下几个方面：1.流体流动模拟：在船舶的设计过程中，了解船舶在不同速度和水深条件下的流体流动情况非常重要。
利用CFD模拟，可以预测船舶在各种航行条件下的阻力、波浪产生情况和船体流线等。
这些模拟结果可以帮助设计师优化船体形状、改进尾流和减小阻力，提高船舶的性能表现。
2.船舶结构应力分析：船舶结构的应力分析非常关键，它可以评估船舶在正常或极端工作条件下的结构强度和可靠性。
CFD可以模拟船舶受到水流、波浪和风力等因素的作用，预测船体和各个部件的力学响应，包括弯曲、扭转、拉伸和剪切等。
这些模拟结果可以帮助设计师改进船体结构，使其更加坚固和安全。
3.船舶操纵和操纵性评估：在船舶设计中，操纵性是一个重要的考虑因素。
CFD可以模拟船舶在不同操纵条件下的响应和行为，包括转向性能、顺行性能和侧向力等。
基于这些模拟结果，设计师可以调整舵角、尾流导流板和船体形状等，以改善船舶的操纵性和响应性。
4.船舶水动力性能评估：在船舶建模中，CFD可以用来评估船舶的水动力性能，包括速度、推进效率和船头抬升情况等。
通过模拟不同船体形状和推进方案的性能表现，可以比较不同设计方案的优劣，为船舶性能的改进提供指导。
5.环境保护和排放控制：随着对环境保护要求的提高，船舶排放控制成为一个重要的问题。
CFD可以模拟船舶排放物在大气和水中的传播情况，预测其浓度分布和影响范围。
这些模拟结果可以帮助设计师优化船舶排放措施，减少对环境的影响。
综上所述，CFD在船舶建模中的应用研究可以提供有关船舶流体流动、结构应力、操纵性能、水动力性能和环境影响等方面的重要信息。
这些信息可以帮助设计师改进船舶设计，提高其性能和安全性。
计算流体力学在船舶设计中的应用研究
计算流体力学在船舶设计中的应用研究随着科技的不断发展，计算流体力学（Computational Fluid Dynamics, CFD）在船舶设计中的应用越来越广泛。
CFD是研究流体运动过程的数值计算方法，可以通过计算模拟流体力学的各种过程，对船舶的设计和性能进行优化。
一、CFD在船舶设计中的应用1. 流场分析CFD可以模拟船舶在运动过程中的流场情况，包括水流、气流等。
根据模拟得到的流场分析结果，可以进一步了解船舶的流阻、流场分布等特性。
在设计船舶时，可以通过调整船体的形状和尺寸来减少流阻，提高船速和燃油经济性。
2. 吸力分析在船舶的设计过程中，吸力是一个重要的指标，它关系到船舶在运动中所产生的液体动力。
通过CFD模拟，可以对船舶在行驶过程中所产生的吸力进行分析和评估，及时发现和解决吸力问题，提高船舶的耐力和安全性。
3. 推进器设计CFD也可以应用于推进器的设计和优化。
针对不同类型、不同运动状态的船舶，通过CFD模拟，可以得到不同推进器下的流场分析结果，进而优化推进器的设计。
这对提高船速和减少燃油消耗等方面具有重要意义。
4. 海浪性能分析海浪对于船舶的性能有着重要的影响，在船舶设计时需要充分考虑海浪的影响。
通过CFD模拟，可以模拟不同海况下船舶的运动性能，包括船体姿态变化、载荷情况、速度变化等。
这对于船舶的安全性、稳定性和可靠性有着重要的意义。
二、CFD在船舶设计中的优势1. 节省时间和成本CFD可以在计算机上进行数值模拟，避免了传统的模型试验过程，不仅节省了时间和成本，而且能够快速有效地得到各种设计方案的流场分析结果。
2. 提高设计水平和质量通过CFD模拟，设计师能够更加准确有效地评估不同设计方案的流场特性和性能表现，从而有针对性地调整船体的形状和尺寸，提高整个设计的水平和质量。
同时，也能够规避一些不可预测的因素和意外情况，减少风险。
3. 精度高、模型复杂度高CFD模拟具有较高的精度和可靠性，在模拟复杂流场和流体运动过程时表现出良好的性能。
CFD-简介及国内外发展状况
1.1 计算流体力学的起源计算流体力学（Computational Fluid Dynamics）是通过计算机数值计算和图像显示，对包含有流体流动和热传导等相关物理现象的系统所做的分析。
他作为流体力学的一个分支产生于第二次世界大战前后，在20 世纪60年代左右逐渐形成了一门独立的学科【1】。
总的来说随着计算机技术及数值计算方法的发展，我们可以将其划分为三个阶段：第一，初始阶段（1965～1974），这期间的主要研究内容是解决计算流体力学中的一些基本的理论问题，如模型方程（湍流、流变、传热、辐射、气体－颗粒作用、化学反应、燃烧等）、数值方法（差分格式、代数方程求解等）、网格划分、程序编写与实现等，并就数值结果与大量传统的流体力学实验结果及精确解进行比较，以确定数值预测方法的可靠性、精确性及影响规律。
同时为了解决工程上具有复杂几何区域内的流动问题，人们开始研究网格的变换问题，如Thompson, Thams和Mastin提出了采用微分方程来根据流动区域的形状生成适体坐标体系，从而使计算流体力学对不规则的几何流动区域有了较强的适应性，逐渐在CFD中形成了专门的研究领域：“网格形成技术”。
第二，工业应用阶段(1975～1984年)，随着数值预测、原理、方法的不断完善，关键的问题是如何得到工业界的认可，如何在工业设计中得到应用，因此，该阶段的主要研究内容是探讨CFD在解决实际工程问题中的可行性、可靠性及工业化推广应用。
同时，CFD技术开始向各种以流动为基础的工程问题方向发展，如气固、液固多相流、非牛顿流、化学反应流、煤粉燃烧等。
但是，这些研究都需要建立在具有非常专业的研究队伍的基础上，软件没有互换性，自己开发，自己使用，新使用的人通常需要花相当大的精力去阅读前人开发的程序，理解程序设计意图，改进和使用。
1977年，Spalding等开发的用于预测二维边界层内的迁移现象的GENMIX程序公开，其后，他们首先意识到公开计算源程序很难保护自己的知识产权，因此，在1981年，组建的CHAM公司将包装后的计算软件（PHONNICS－凤凰）正式投放市场，开创了CFD商业软件的先河，但是，在当时，该软件使用起来比较困难，软件的推广并没有达到预期的效果。
船舶设计与建造技术的设计软件与工具
船舶设计与建造技术的设计软件与工具在现代船舶设计与建造技术中，使用设计软件和工具早已成为一个必不可少的环节。
它们为设计者和建造者提供了方便和高效的工作方式，从而提升了设计和建造效率，降低了成本，更好地满足了市场需求。
本文将从常见的船舶设计和建造软件以及工具出发，探讨它们的特点、应用和未来的发展方向。
一、常见的船舶设计和建造软件1. 档案管理软件档案管理软件用来管理船只的技术档案和原始图纸，在整个船只的生命周期内都需要用到。
最早的档案管理软件仅能存储文本和图纸，随着技术的不断发展，档案管理软件也发生了巨大的变化，现在不仅可以存储图纸和文本，还可以嵌入音频、视频、3D 模型等多种媒介。
2. CAD 软件CAD（计算机辅助设计）软件是目前船舶设计中最常用的软件之一，它可以帮助设计者快速绘制准确的 3D 模型、抽象图纸、结构图等多种图纸，大大提高了设计的效率和准确度。
常见的 CAD 软件有 AutoCAD, Siemens NX, Catia, SolidWorks 等。
3. CFD 软件CFD（计算流体力学）软件是一种用于分析流场等流体问题的软件，被广泛应用于船舶设计中。
CFD 软件可以通过计算流动、温度和化学反应等各项参数，分析水流中的各种变化和船体的水动力性能。
这些分析可以帮助设计者优化船体的形状设计，提高船体的轮廓线和流线性能。
常见的 CFD 软件有 ANSYS Fluent, OpenFOAM 等。
4. FEA 软件FEA（有限元分析）软件主要用于分析船体的结构性能。
在船体结构设计中，设计者需要根据船体的实际载荷和各种静力、动力参数，计算出各种应力、应变等结构性能。
FEA 软件可以快速、高效地进行这样的结构性能计算，为结构设计提供了重要的支持。
5. 吊装和卷扬软件这种软件主要用于船舶建造过程中的吊装和卷扬工作。
它可以计算各种物体的重量和中心位置，同时考虑船台和起吊设备的负载能力、平衡能力和安全性能等各种参数，从而提供长、宽、高、重等多种信息，帮助工程师进行资产搬运和拆除工程的计划。
船舶流体动力学研究的前沿进展
船舶流体动力学研究的前沿进展船舶在海洋中航行，其性能和效率受到流体动力学的深刻影响。
船舶流体动力学是一门研究船舶在流体（主要是水）中运动时所受到的力和流动现象的科学，对于船舶的设计、优化和运行具有至关重要的意义。
近年来，随着计算机技术的飞速发展、实验技术的不断创新以及理论研究的深入推进，船舶流体动力学研究取得了一系列令人瞩目的前沿进展。
一、计算流体动力学（CFD）技术的突破计算流体动力学在船舶流体动力学研究中扮演着越来越重要的角色。
过去，由于计算能力的限制和数值模型的不完善，CFD 技术在复杂流动的模拟中存在较大的误差。
然而，如今随着超级计算机的出现和数值算法的改进，CFD 能够更加精确地模拟船舶周围的流场。
高精度数值格式的应用使得计算结果的准确性大大提高。
例如，采用高阶有限体积法或有限差分法，可以更准确地捕捉流场中的细微结构和漩涡。
同时，多相流模型的发展也使得对船舶在不同介质（如空气和水）中的运动模拟更加真实。
此外，并行计算技术的广泛应用显著缩短了计算时间，使得大规模的船舶流场模拟成为可能。
通过将计算任务分配到多个处理器上同时进行，可以在较短的时间内获得详细的流场信息，为船舶设计提供及时有效的参考。
二、实验技术的创新实验研究一直是船舶流体动力学的重要手段之一。
近年来，实验技术不断创新，为深入理解船舶流体动力学现象提供了更加可靠的数据。
粒子图像测速（PIV）技术的发展使得对船舶周围流场的瞬时速度分布测量更加精确。
通过在流场中注入微小的示踪粒子，并使用激光照明和高速相机拍摄，能够获取流场中微小区域的速度矢量，从而揭示流动的细节和漩涡的演化过程。
压力敏感涂料（PSP）技术则可以测量船舶表面的压力分布。
这种技术通过在船舶表面涂覆特殊的涂料，其发光强度与表面压力相关，从而可以通过光学测量得到压力分布情况，为优化船舶外形提供了重要依据。
此外，水槽和水池实验设施的不断改进也提高了实验的准确性和可重复性。
例如，采用更加先进的造波机和消波装置，可以模拟更加真实的海洋环境条件，为船舶在波浪中的性能研究提供更好的实验平台。
cfd技术在船舶规则波波浪力模型分析中的应用
+ +
1
(1 − 1
(1 −
， F1) /σk,2
收稿日期: 2019 – 08 – 07 作者简介: 华腾芳 (1980 – )，女，硕士研究生，讲师，研究方向为图形图像及云计算。
·2·
舰船科学技术
第 41 卷
流体动力学和静力学，以及计算机科学的有机结合， 目前在航空、舰船等各个领域有重要的应用。
计算流体力学的基本方程包括连续性方程、动量 方程和能量守恒方程：
船舶的操纵性是一个综合性问题，牵扯着船舶的 动力系统、船体质量、船舵、船型设计等。其中，船
型设计过程中流体动力学评估是非常重要的环节，决 定了船舶在流体中航行的阻力和噪声等参数。进入 21 世纪，流体动力学在大型计算机的辅助下获得了进 一步的发展，计算流体力学 CFD 成为一项非常重要的 流体力学分支。
1）连续性方程 设定流体的粘性为 k，密度为ρ，则流体的连续性 方程为：
δρ δx
+
δ (ρl) δx
+
δ (ρm) δx
+
δ (ρn) δx
=
0，
其矢量式为：
δρ δx
+
div
∑n
i=1
ρi
=
0。
式中 ：l，m，n为流体的速度分量。
2）动量方程
流体的动量方程来源于牛顿第二定律F=ma，( 将)流
∂ ρuj
关键词：CFD；操纵性能；仿真
中图分类号：U625.26 文献标识码：A
文章编号： 1672 – 7649(2019)10A – 0001 – 03
doi：10.3404/j.issn.1672 – 7649.2019.10A.001
CFD在船舶建模中的应用研究
CFD在船舶建模中的应用研究一、引言船舶在航行过程中，受到海水的阻力、风浪的影响等多种力的作用。
船舶建模可以预测船舶在不同条件下的运动状态，以维持船舶的稳定性和安全性。
计算流体力学（CFD）是一种计算流体力学的方法，通过数值模拟对流场进行分析和计算。
CFD可以模拟船舶在不同水流速度、水深、风速、波高等条件下的流场，预测船舶的运动状态，为船舶建模提供一个新的分析工具。
二、CFD在船舶建模中的应用1.船舶性能预测船舶在不同水流速度、水深、风速、波高等条件下，船体受到的流体载荷不同，会对船舶的性能产生影响。
CFD可以对船体流场、阻力、扭矩、推力等参数进行模拟和计算，研究在不同的工况下船舶的性能表现，包括船舶的速度、稳定性、操纵性、燃油消耗等方面。
2.船舶航行状态仿真船舶是在海洋环境中进行航行的，其所受到的流体载荷一般都是复杂的非线性载荷，因此需要进行CFD的数值仿真才能准确的得到船舶的运动状态和航行特性。
通过数值模拟可以对船舶的航行状态进行仿真，包括船舶的运动轨迹、速度、受力情况等，可以为船舶的航海安全提供支持。
3.船舶舱室流场分析CFD也可用于对船舶的舱室内部进行流场分析，如船舶内空气流动的速度、温度分布等。
该技术可以确保船舶内部的空气流通性能并优化船舶设计。
船舶内部的空气流动分析，对于提高船舶的安全性、乘客舒适度以及减轻船员的工作负担具有重要意义。
三、CFD在船舶设计中的优势1.提高设计效率通过CFD可以进行快速准确的数值计算，无需进行实际试验，可以很大程度上提高船舶的设计效率。
在船舶设计中，每一次的实验都依赖于物理模型和实验设备，需要大量的人力、物力进行搭建，成本相对较高，而通过CFD数值模拟技术进行分析，则可以降低船舶设计的成本，同时提高设计效率与准确度。
2.降低设计风险通过CFD数值计算，可以在设计之前进行模拟分析，了解实际工况下设计可行性的特点。
这可以降低实际工程风险，减少实际设计成本，并提高设计成功率，从而增强产品竞争力。
CFD技术在船舶推进中的应用-第一章解析
第一章 绪论
1.1.3 CFD方法的分支
经过半个世纪的发展，CFD出现了多种数值解法。这些方法之 间的主要差别在于对控制方程的离散方式。根据离散原理的不同，
CFD大体上可分为三个分支：
(1)有限差分法（finite difference method，FDM）; (2)有限元法（finite element method，FEM）; (3)有限体积法（finite volume method，FVM）。
Cd(NACA0015) Cd(M1) Cd(M2)
10
15 20 攻角（度)
25
30
35
图3 NACA0015、M1、M2剖面水动力性能的预报与比较
图4 设计舵翼外形RW1
图5 设计舵翼外形RW2
图6 设计舵翼外形RW3
图7 舵翼初始外形
2 1.8 1.6 1.4 1.2 1 0.8 0.6 0.4 0.2 0 0
CFD技术在船舶推进中的应用
设课部门：水下机器人技术重点实验室
主讲教师：沈海龙
第一章 绪论
1.1 CFD技术的基本知识 1.1.1 什么是CFD？
CFD是computational fluid dynamics的简称，准确的中文译名
为计算流体动力学，目前大家习惯的称谓是计算流体力学，它是建
立在经典流体动力学与数值计算方法基础之上的一门新型独立学科， 通过计算机数值计算和计算结果的后处理技术，对包含有流体流动 和热传导等相关物理现象的系统进行分析，在时间和空间上定量描 述流场各物理量的近似解。
第一章 绪论
1.1.2 为什么要学习CFD技术
在流体力学中，常用的研究方法有理论研究方法、CFD方法、 实验测量与观察，他们构成了研究流体流动问题的完整体系,三种方
关于船舶CFD的现状和一些认识
、 、 二种 E:"Q C: 、 二种代 C: E:" ""G） ! !组合模式::=">、 数应力模式 （ ?"、 和一种完全的 !"#， 就 E(>: $>"） 万方数据 ;7
［9］ 对 ") 一 方 程 模 式 原 型， 它的三个改型 ’180 （计及坐标系旋转和流线曲率影响） 、 ")!$ #"):;、
（二者均通过调整紊流生成以调整涡粘系数， #"):< 后者为 ") 原型开发者之一 "3.5.2* 本人提出） 和零 方程 => 模式原型及其二种变种 #=> （::$%、 共 ::6?） 七种模式， 就两艘油轮 （ "!;@A)， 作了计 !B4C0:#.24） 算。
万方数据
船 舶 "’U6 V =W)G
的品质。因为船舶绕流是带壁边界的流动， 对这种 流动， 紊流特征主要反映在近壁处， 而现在各种紊流 模式的原型， 在开发时往往是针对一般自由流动。 现有的对模式原型的改动工作， 往往带有明显 的针对性。一般先分析所处理的流动问题的特征， 紊流模式原型的性能局限， 然后采用一定的技巧， 对 原有的模式的性能局限作出改进。这使得各种模式 有了诸多不同的版本， 也使得它们的适用性往往是 特定的。事实上， 至今为止， 即使是 !"#， 也不是普 适的。难以开发普适的紊流模式是雷诺平均封闭方 法的先天缺陷。 至今为止， 尚未见船舶流体力学界专门开展紊 流模式的开发工作。但对紊流模式的修正研究有所 开展。对各种模式包括它们的种种变种就船舶绕流 进行验证评估的工作， 则更不少。同时， 流线弯曲、 逆压梯度、 横向分离、 纵向涡的发生发展等与紊流模 式的关系， 是一个共性问题， 这使得船舶 $%& 界著 名的 ’"() 油轮和 “神秘” 油轮有时也被传统的船舶 $%& 界以外的学者选为验证评估紊流模式性能的 （经常选用的算例一般还有变形导管、 高弯 *+,* -.,+ 曲导管、 大攻角柱体的背风侧流动、 多段翼型等） 。 在模式的修正研究方面和引进先进 （二阶） 的紊
船舶水动力性能的CFD模拟与优化设计
船舶水动力性能的CFD模拟与优化设计船舶水动力性能是研究船舶在水中运动的重要领域之一。
为了提高船舶的航行速度、操纵性和能效，工程师们利用计算流体力学（CFD）模拟技术开展了大量的研究与优化设计工作。
本文将介绍船舶水动力性能的CFD模拟与优化设计方法，并探讨其在船舶工程领域中的应用。
1. 模型构建船舶的水动力性能主要包括波浪阻力、湍流阻力、粘性阻力和激波阻力等。
在进行CFD模拟前，首先需要构建船舶的几何模型。
根据不同的船舶类型和设计需求，可以选择不同的建模方法，如传统的离散几何模型或参数化设计模型。
通过建模软件，将船舶的几何形状转化为计算机可识别的几何信息，为后续的模拟分析做准备。
2. 网格划分在进行CFD模拟时，网格划分是非常重要的步骤。
网格的划分质量将直接影响模拟结果的准确性和计算效率。
通常情况下，船舶的复杂几何形状需要采用结构化或非结构化网格划分方法。
结构化网格适用于简单几何形状，而非结构化网格则适用于复杂几何形状。
通过优化网格划分，可以更准确地模拟和预测船舶在水中的运动行为。
3. 流场模拟在进行CFD模拟时，需要建立适当的物理模型和数值模型。
根据船舶运动的特性，可以选择合适的流体方程和边界条件。
在求解过程中，采用合适的数值方法和稳定性算法，以保证模拟结果的准确性和稳定性。
通过CFD模拟可以获取船舶在不同操作条件和流场环境下的运动特性，如阻力、流线和压力分布等。
4. 优化设计基于CFD模拟结果，可以进行船舶水动力性能的优化设计。
通过调整船体形状、推进系统和尾流控制等参数，可以改善船舶的流线型和水动力性能。
优化设计的目标往往是降低阻力、提高速度和操纵性，以及减少燃油消耗和排放。
通过多次CFD模拟和参数优化，可以找到最优设计方案，从而提高船舶的性能和效益。
5. 应用实例船舶水动力性能的CFD模拟与优化设计已经在实际工程中得到广泛应用。
例如，在船舶船型设计阶段，工程师们利用CFD模拟技术对不同船型进行了性能比较和优化设计；在推进系统设计阶段，CFD模拟可以帮助确定最佳螺旋桨参数和布局方案；在船舶舵系统设计阶段，CFD模拟可以预测船舶的转向性能和操纵稳定性。
CFD技术及其在螺旋桨敞水性能预报上的应用
第 11 卷 2011 年第 1期 1月中 国 水 运 Chi na W er Tr a ns por t atV . 11 ol Ja nur yN 1 o. 2011CFD 技 术 及 其 在 螺 旋 桨 敞 水 性 能 预 报 上 的 应 用王晶辉，杨校刚，张晓君（浙江海洋学院 船舶与建筑工程学院，浙江 舟山 31 61 00） 摘 要：文中介绍了 CF D 技 术的基本概念及其在国内工程界的应用范围。
以某油船为例描述了应用 F LUE NT 软件预报螺旋桨敞水性能的过程，并对计算结果进行了总结。
关键词：C FD ；螺旋桨；敞水性能；FLUENT 中图分类号：U661. 7 一、CFD技术 C FD 是 通过数值 计算方法 来描述流体 运动状态 的一种 技术，所描述 的流体运动状态包括流动、 传热、化学反应过 程及流、固体 间的相互作用等。
理想流体 在这些运动过程中 始终保持质量 、动量和能量的恒定，设定 一个有限控制体并 针对其分别建 立质量、动量和能量守恒的 流动基本方程，通过数值方法进行求解即是 C F D 技术主要解决的问题。
文献标识码：A文章编号：1006- 7973（2011）01- 0086- 02 n ， 获 得 各 进 速 系 数 J ＝ v/ n D 下 的 推 力 系 数 C T ＝ T/ ρ 2 D 4 和 扭 矩 系数 C M＝ Μ/ ρ 2 D 5 （ρ 为水 密 度 ， D n n 为 桨 直 径 ）及 螺 旋 桨 敞 水效 率 。
据 此 绘制 敞 水 特 性 曲线 以 反 馈 设 计。
无 疑 ， 敞 水实 验 的 条 件 要求 很 高 。
空 泡水 筒 或 水 池 的 修建 投 资 巨 大 ， 激光多普勒仪等精密测量设备 和螺旋桨 模型也价格不菲，这些都阻 碍了常规桨的优化设计 研究。
为此， 随着 C F D 技术应用的推广， 国内各高校院所开始 尝试使用 商用软件开展螺旋桨流场模 拟及性能预报。
船舶设计创新了解船舶设计创新的最新趋势和实践提高船舶性能
船舶设计创新了解船舶设计创新的最新趋势和实践提高船舶性能船舶设计创新：了解船舶设计创新的最新趋势和实践，提高船舶性能船舶设计一直以来都是海洋工程领域中的核心领域之一。
随着科技的进步和需求的变化，船舶设计创新成为提高船舶性能和适应市场需求的关键。
本文将探讨船舶设计创新的最新趋势以及相关的实践，旨在帮助读者了解如何提高船舶性能。
一、船舶设计创新的最新趋势1. 智能化技术的应用随着人工智能和自动化技术的迅速发展，智能化的船舶设计越来越受到关注。
智能化技术可以帮助船舶实现更高效的能源利用、提高航行安全性和减少人为错误。
例如，智能船舶可以通过自动导航系统和传感器，更准确地避免海上碰撞事故。
2. 绿色环保的设计理念随着全球环保意识的提升，船舶设计也越来越注重环境友好性。
绿色环保的设计理念包括减少船舶的废气排放、降低船舶的能耗，以及使用环保材料等。
例如，一些新型船舶采用燃气轮机取代传统的柴油机，大幅减少了废气排放量。
3. 轻量化设计的应用轻量化设计可以在保证船舶结构强度的前提下，减少船舶的重量，提高燃油效率和载重能力。
目前，船舶设计中广泛采用的轻量化技术包括使用高强度材料、结构优化和减少不必要的设备和部件等。
二、船舶设计创新的实践1. 使用计算流体力学仿真（CFD）计算流体力学仿真是一种通过计算机模拟船舶在水中的流体力学行为的方法。
通过CFD可以模拟船舶在不同工况下的性能，并优化设计参数以提高船舶的性能。
例如，通过CFD可以优化船舶的船型和船底设计，提高航速和减小船舶的阻力。
2. 采用多孔介质材料多孔介质材料在船舶设计中的应用日益广泛。
这种材料可以在结构强度和轻量化设计之间取得平衡，提高船舶的整体性能。
例如，一些新型船舶在船体结构中采用多孔介质材料，既减轻了船舶的重量，又提高了船舶的破浪性能。
3. 利用先进的推进系统推进系统是船舶性能的关键组成部分之一。
随着技术的发展，越来越多的船舶采用先进的推进系统，如电动推进、气体涡轮推进和气垫推进等。
CFD的现状及未来发展
20% by 2008 50% by 2015 75% by 2025
螺旋桨
Propeller
• • • •
Propeller swirl leads to asymmetric flow, positive local AOAs for the wing on the side of upward propeller rotation, negative local AOAs on the other Unsteady simulations, TAU, chimera grids Prop, Navier-Stokes: 245 h, 32 Proc. Prop+wing, Euler: 105h, 32 Proc.: strong unsteady fluctuations due to periodic passage of blade tip vortices
2.1 CFD在航空领域的应用
Institute of Fluid Mechanics
美 Northrop公司 研制战斗机YF17时， 风洞试验13500小时；历时17年,无CFD技术； YF23时， 风洞试验 5500小时（下降60％）； CFD 计算15000小时，历时8年 优点： 节约经费，缩短周期； 多工况模拟，流场描述详细
z
z
代表性困惑之四：
网格生成
完成一个CFD作业所需的人工工作量示意图
80％ 工作 量 90％ 工作 量
几何外形、网格生成 流场计算 计算结果后处理
问题的提出
z
近30年来，虽然CFD取得了很大的成就，但是，CFD的网 格生成却几乎一直没有显著的进展，事实上，完成一个 CFD作业的人工工作基本都消耗在网格生成上，而这个人 工工作量多少年来都没有明显的减少。
CFD发展及STAR-CCM+介绍
网格生成
CFD分析工程师
CFD建模
CFD(解算)
后处理
前处理
求解器
快速 简单易用
后处理
丰富的物理模型 求解稳定(Robustness) 结果可靠(Reliability) 速度快
简单易用 效果突出
整体要求
流程化 自动化
计算流体力学（CFD）发展
集成的图形用户界面——将前后处理与计算分析集成在同一个环境中
目录
•
计算流体力学（CFD）发展
•
STAR-CCM+在土木建筑行业中的应用
•
STAR-CCM+其它案例
STAR-CCM+ 应用案例（环境工程）
HVAC
Environmental flow
Subway Station Ventilation
Pollutant Dispersion
In house Ventilation
非定常项 对流项
D S x j
扩散项 源项
计算流体力学（CFD）发展
•
• • •
PHOENICS --世界上第一套计算流体商业软件 （英国） STAR-CD --世界上第一套基于非结构化网格计算流体商业软件（英国） CFX （英国 AEA 原子能机构） 英国帝国理工 ……
计算流体力学（CFD）发展及在土木建筑行业中的应用
时剑
目录
•
计算流体力学（CFD）发展
•
STAR-CCM+在土木建筑行业中的应用
•
STAR-CCM+ 其它案例
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
船舶CFD的发展和应用1引言船舶的水动力性能(快速性、适航性、操纵性)是由绕船的流场特性而决定，从理论上讲通过求解描述流场特性的流体动力学方程就能对相应的水动力性能做出预报。
然而，由于自由面的存在、船体几何形状复杂(特别是船尾)、附体较多，导致自由面水波、流体分离、旋涡等现象的出现，使得流场中的流动结构很复杂，即使有了描述流动过程的微分方程式也不可能得到解析解，因此，长期以来船模试验便成了研究船舶周围流场特性的一个必不可少的手段。
然而，船模试验不仅周期长、费用高、很难得到详细的局部流场信息，同时因为尺度效应，船模实际上并不能真实地再现实船的流动情况，存在很大的局限性。
新的水动力性能预报手段的引入己十分必要。
自1821年开始，纳维(Navier)等人考虑将分子问的作用力加入到欧拉方程中。
1845年，斯托克斯(Stokes)将这个分子间的作用力用粘性系数μ表示，并正式完成了Navier-Stokes方程，最终建立了粘性流体力学的基本方程，奠定了近代粘性流体力学的基础。
但是，由于方程式的非线性，解此方程，在数学上会碰到很大的困难瞳3。
随着人们对流动的深入了解、计算方法的发展及计算机水平的提高，求解粘性流动问题经历了由简到繁，由易到难的过程。
计算流体动力学兴起于20世纪70年代。
当时Fromm和Harlow发表了一篇名为“流体力学中的计算机实验”的文章，法国人Macagno则发表了一篇名为“流体力学模拟的某些新的方面”的文章。
随后几年里陆续出现了多种专门研究计算流体动力学及计算方法的杂志。
从此计算流体动力学进入了快速发展阶段。
在船舶性能研究领域，船舶CFD(Ship CFD，或者Naval Hydrodynamics)与计算流体动力学几乎同时起步，它以计算机为工具，通过数值求解船舶绕流场的控制方程，模拟船体运动，得到流场中的速度场和压力场，实现对船体水动力性能的研究。
第一篇关于船体粘性绕流数值计算的文章是Spalding教授的博士研究生Abdelmeguid的毕业论文—A method of predicting three—dimensional turbulent flows around ship’s hull。
Abdelmeguid的方法来自传热问题的计算技术，在船舶性能研究领域也获得了普遍共识。
在数值计算领域里，Spalding、Launder、Patanker 和Abdelmeguid等研究人员的工作为船舶CFD奠定了基础，成为船舶CFD研究工作的先驱者。
2 国内外CFD发展现状近年来，随着计算机技术和计算技术的突飞猛进，计算流体力学（CFD）也得到了长足的发展。
基于CFD 软件船舶水动力学方面的数值模拟，因为具有费用低、无触点流场测量、无比尺效应、能消除物模中由传感器尺寸及模型变形等因素对流场的影响、可获得较为详细的流场信息等优点而广受关注，应用范围越来越广。
随着Spalding发展了基于RANS的数值计算方法，船舶CFD方法在船舶设计中开始实际使用。
当时国际上这方面的研究队伍主要有：瑞典哥德堡科技大学的Larsson、美国衣阿华大学的Patel和日本东京大学的Miyata等教授及其领导的科研小组。
到20世纪八十年代末、九十年代初，美国、德国、法国、意大利、日本、荷兰等国家纷纷成立了一些研究小组，开始形成群雄并起的局面，掀起了船舶粘性流及水动力计算研究的热潮。
由于在船舶流体动力学中，不可压缩流占主导地位，而对于不可压缩流动，压力没有显式方程，精确求解压力存在很大的难度；船舶在水面航行还引起自由表面问题。
这两大问题对船舶水动力学提出了更高的数值技术方面的要求。
总之，由于船舶性能研究领域流动问题的独特性、CFD理论及技术发展水平的限制、投资强度等方面的因素，使得这一阶段船舶CFD的发展和应用的广泛性落后于航空、航天CFD。
现阶段CFD理论及技术的交流极其频繁且体现了较高水平。
船舶CFD方面，国际上有关船舶CFD研究的研讨会，如船舶CFD研讨会系列Gothenburg 2000，Tokyo 2005等)、SNH(Symposium On Naval Hydrodynamic)系列和FAST(International Conference OH Fast Sea Transportation)系列等，基本上代表了当前船舶CFD 技术发展和应用的最高水平。
国内开展船舶计算流体动力学研究工作的单位主要有无锡中国船舶科学研究中心、哈尔滨工程大学、上海中国船舶与海洋工程设计研究院、大连理工大学和上海交通大学等高校院所。
其中中国船舶科学研究中心(702所)关于船舶计算流体动力学的研究工作基本上处于领先地位，某些成果达到国际领先的水平。
在船舶研究领域，船舶CFD正成为提高船舶工程产品的设计质量、缩短研究周期、减少人力物力的投入、有效预估性能和船型优化设计等的强有力工具。
对这一技术的充分利用和深入研究必将有助于船舶研究事业的发展和壮大。
3与试验相比CFD数值模拟技术的优势与试验验证相比，CFD数值模拟技术具有如下特点:信息量大，成本低，易并行化、能快速响应。
这使得CFD数值模拟技术在下述方面具有优势:(1) 依靠CFD数值模拟，可以在一定的流动空间范围内给出流场的定量计算结果，便于分析各种流动参数(如Fn数、Re数和流体的物性等)以及几何构造对流动规律的影响，对舰船总体水动力性能实现广参数(较多的参数种类、较宽的参数范围)考察。
(2) 可快捷地实现多方案选优。
(3) 一体化模拟多部件的组件内外流统一流场，针对如船体螺旋桨(含泵喷、喷推、导管桨等)、舵、附体等对象物，总体上把握整个组件的整体特性，局部上把握各部件自身的整体特性和之间的相互干扰和影响作用，避免了分立地进行部件试验模拟的片面性。
(4) 采用全尺度几何模型，在真实物理、几何尺度上计算求解，避免了在水池试验模拟时模型缩尺比带来的长期困扰人们的尺度效应问题。
(5) CFD技术在细观机理考察上，有明显优势。
为提高设计方案的性能，船舶科研人员积极探索新技术措施。
科研人员利用CFD工具，实现细观观察，取得对新技术措施何以提高性能的机理性理解，方能减少盲目性，能动地改进工作。
(6)与试验结果数据库技术相比，CFD数值模拟技术能适用于开发新船型和特殊船型，在新概念船型、开发上有明显优势。
本文的研究是基于CFD技术对多方案的新型高耐波性单体复合船型的静水阻力进行粘性计算，通过对计算结果的后处理、流场分析，探寻高耐波性单体复合船型的快速性优化方法，最终是为提供几个较选的方案用于模型试验，基于CFD技术的计算不能完全取代模型试验，但它可以为模型试验提供指导和辅助，使模型试验在船型优化、方案优选的过程中效率更高。
4 CFD 技术在船舶设计中的应用4.1 在高耐波性单体复合船型粘性数值计算中的应用高耐波性单体复合船型是在常规单体船型首底部加装由一流线型半潜体和一对艏鳍组成的组合附体而形成的新船型，组合附体的主尺度、外形、安装位置对主船体的水动力影响很大，模型试验及实船试验均表明：加装组合附体后的复合船型耐波性能有大幅提高，而适当半潜体尺寸、外形、安装位置可以使复合船型的静水阻力与原船型相比基本不变。
加装组合附体后复合船型的湿表面积与原船相比有所增加，因此会相应的增大摩擦阻力，但是合理的半潜体形式及布局可形成有利干扰，减小总体的压阻力，从而达到使其总阻力与原船基本保持不变甚至减阻的目的，以确保复合船型具有优良的耐波性和快速性。
鉴于CFD技术在船舶快速性计算上已较为成熟，在新型高耐波性隐身单体复合船型研发的过程中，初步进行线型阻力优化设计的多方案优选，通过成熟的CFD软件计算来完成，为进一步的深化试验研究提供依据。
本文将采用FLUENT 软件对多方案的新型高耐波性隐身单体复合船型的静水阻力进行计算，以完成方案优选。
4.2 在船舶阻力数值计算中的应用CFD技术在船舶阻力性能计算预报的实用化研究得到了相当大的发展，可以考虑自由面效应，包括碎波，波浪船体相互作用的强非线性现象等，对肥大型，新型高速船、多体船等的阻力计算也得到了验证，显示了很强的实用性。
目前来说基于CFD理论的船舶阻力计算还主要限于模型尺度，对于实尺度船舶的阻力计算仍然还是个难题。
实船的雷诺数量级达到109，因此实尺度船舶绕流场的巨大的网格数量还没有办法在小型计算机工作站上实现计算。
即使是模型尺度的船舶阻力计算时间也不能达到船舶设计工作者的要求，该方法工作量大，优化过程冗长，不利于工程应用，目前还不能应用到船型优化中，至多也就是船型设计方案的优选中。
在对实船阻力的预报也碰到了与物理船模试验一样的问题。
考虑到上述因素，笔者通过理论计算中压阻力、粘性摩擦阻力的剥离，分析（这一点前人基本上没有做过），与物理试验的相应阻力成分进行分析比较，以期提出一种工程实用的基于CFD的实船阻力预报方法。
5 常用CFD软件的数值模拟过程要在工程上达到实用，就要保证CFD的计算质量和计算可信度。
一个完整的CFD程序验证流程如图1所示。
所谓验证就是要证明经过检验计算程序是否恰当的表达了物理现实，而计算程序的检验则是校核程序是否真正的代表了赖以建立的数学模型。
验证包括了检验、计算结果与基准（benchmark）试验结果的比较。
实际上，一个完整的船舶CFD模拟过程应该包括：1)系统描述流动问题；2)建立流动模型；3)确定初、边值条件；4)生成网格；5)建立模拟方案；6)生成模拟用文件；7)执行计算；8)监视模拟过程；9)后处理模拟结果；10)比较结果；11)重复计算，确定网格、湍流模型、算法及初值条件等的敏感性；12)形成最终结论。
6 用Fluent软件进行数值模拟的过程应用FLUENT 软件对单体复合船型进行粘性数值模拟，主要包括前处理、求解、后处理三部分，具体过程如下。
（1）三维实体模型的建立、流体域的划分首先，根据型值表和型线图，在AUTO-CAD 中建出各个具有型值的站面，即生成各个面域，将其保存为(*.sat) 文件，打开专用前处理器GAMBIT 导入已初步建好的船的各个剖面，将各个剖面合成为一个实体船型。
如图1 所示。
图2 单体复合船型三维实体模型建立三维模型后，针对船舶的主尺度选取适当的流体计算域，由于船舶运动时左右流场对称，因此选取半个船体的进行计算，流体域在船前方约一倍船长，向船侧及底部取一倍船长，向船后取四倍船长，整个流域取为四分之一圆柱体，计算流域划分如图2 。
图2 实际计算流体域（2）边界条件的设定在前处理器GAMBIT 中有各种不同的边界条件可供选择，。
本文的边界条件设立如图3，对入口处由于试验中给的都是来流速度，所以在这儿也把其设为速度入口（velocity inlet）。