基于CFD的船舶水动力分析

基于CFD 的船舶水动力分析

1引言

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。

船舶 CFD 是伴随着电子计算机的高速发展，与船舶流体力学相结合的数值模拟产物。船舶CFD 的应用能提高设计质量、缩短设计周期、降低设计成本，因而得到了普遍的重视，是国际船舶界十分活跃的前沿研究课题。计算流体力学在船舶流体力学领域中应用的地位正在不断上升，作用正日益增大。船舶 CFD 技术的长远目标，是代替船模试验，为船舶水动力性能设计提供一个全雷诺数的数值模拟工具。它不仅可以预报各类船舶在静水中航行时的阻力，以及与推进装置结合起来的推进性能，它还可以根据风、浪、流等环境载荷，预报实尺度船舶在海浪上的航行性能，包括快速性与波浪失速。随着计算机与信息处理技术的发展、湍流理论的突破及非线性波浪数值模拟技术的进展，这个现今还只是梦想的目标相信会在不远的将来得以实现。

2 计算模型及数值模拟

2.1数值模拟设计

纯纵荡运动是平面运动机构(PMM)可以实现的典型运动方式之一。如图1所示，纯纵荡水池中船模沿水池中心线匀速运动的同时，叠加一个纵向位移。，相应的t Z Z ωωνcos '0==。由于船模的中心线始终和船池中心线平行，即首向不变，则φ=ψ=r=0。

如图2所示，若将试验中的船模看作是静止的，则作用于船模上的水流可以沿船模X 方向的水流Fx ，速度大小随时间呈正弦(或余弦)变化，为t Z ωωνc o s 0= 。通过模拟两个方向上的水流分量，可以求得船模在做纯纵荡运动时的纵向受力Z 和力矩N 。经公式(1)(2)可以求得位置导数。

2.2数值模拟的实现

2.3数值的提取和处理

3算例

3.1舰模参数和计算与生成

3.2网格生成和边界条件

3.3计算结果

3.4数值的提取和水动力导数计算