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基于CFD的双艉客船阻力特性分析赵丙乾;方昭昭;喻露;陈庆任【摘要】[目的]随着绿色船舶规范的实施及推进,船舶能效指数,特别是船舶航速功率指标越来越受到业界的关注.为了精确获得双艉船型的航速功率指标及船舶流场信息,[方法]基于计算流体动力学(CFD)理论,提出一种双艉船型航行阻力预报及流场捕捉的工程方法.采用粘性流计算软件FINE/MARINE,对某双艉客船的航行阻力进行计算,探讨船舶第1层网格节点高度、船舶航速以及附体对计算结果的影响,并将不同航速下的阻力预报及其结果与试验数据进行对比.[结果]结果显示,预报误差基本在3%以内.[结论]研究表明,所提方法计算效率高且易于实现,预报精度能满足工程需要,具有较强的工程实用性.%With the implementation and promotion of Rules for Green Ships, more and more attention has been paid by the maritime industry to the ship energy efficiency index. In order to evaluate the function relationship between speed and effective horsepower, and acquire the accurate flow field information of twin-skeg ships, a method for resistance prediction of twin-skeg ships based on the Computational Fluid Dynamics (CFD) theory is outlined. Numerical simulation and resistance prediction by FINE/MARINE for a twin-skeg passenger ship advancing at different speeds are carried out respectively. The effects of the mesh characteristics, calculating speed range, and existence of appendages such as rudders on resistance are discussed. Comparisons between present results and corresponding experimental are made, showing that the prediction error can be controlled below 3%. The resultsdemonstrate that the proposed method is efficient enough to be realized and will meet the engineering requirements.【期刊名称】《中国舰船研究》【年(卷),期】2017(012)003【总页数】6页(P23-28)【关键词】双艉客船;计算流体动力学;阻力预报;FINE/MARINE【作者】赵丙乾;方昭昭;喻露;陈庆任【作者单位】中国船级社武汉规范研究所,湖北武汉430022;中国舰船研究设计中心,湖北武汉430064;中国船级社武汉规范研究所,湖北武汉430022;中国船级社武汉规范研究所,湖北武汉430022【正文语种】中文【中图分类】U661.31+1随着绿色船舶规范的实施以及内河标准船型建设的推进，内河船舶的能效指标越来越受到业界的关注。
第４８卷㊀第２期２０１９年４月㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀船海工程ＳＨＩＰ＆ＯＣＥＡＮＥＮＧＩＮＥＥＲＩＮＧ㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀Ｖｏｌ.４８㊀Ｎｏ.２Ａｐｒ.２０１９㊀㊀㊀ＤＯＩ:１０.３９６３/ｊ.ｉｓｓｎ.１６７１￣７９５３.２０１９.０２.０４４基于ＣＦＤ的船舶总阻力数值模拟陈骞ꎬ查晶晶ꎬ刘刚(上海外高桥造船有限公司ꎬ上海２００１３７)摘㊀要:为了实现利用ＣＦＤ准确预报船舶阻力ꎬ选取２种船舶线型ꎬ对静水下不同航速时的阻力进行模拟ꎬ考虑船舶的对称性ꎬ使用半船进行建模ꎬ为减少网格数量并尽量保证精度ꎬ采用局部加密进行网格处理ꎬ采用ＶＯＦ法对自由液面进行模拟ꎬ与船模试验数据对比表明ꎬ本方法具有较高的数值精度ꎮ关键词:ＣＦＤꎻ总阻力ꎻ粘流ꎻ数值模拟中图分类号:Ｕ６６１.３㊀㊀㊀㊀文献标志码:Ａ㊀㊀㊀㊀文章编号:１６７１￣７９５３(２０１９)０２￣０１７４￣０４收稿日期:２０１９－０１－０８修回日期:２０１９－０３－１８第一作者:陈骞(１９９０ )ꎬ男ꎬ学士ꎬ工程师研究方向:船舶流体仿真与水动力优化㊀㊀在船舶设计过程中ꎬ为了获得各线型差异对船舶阻力的影响ꎬ往往需要大量的船模试验ꎮ但船模试验周期长㊁成本高ꎬ而且ꎬ通常只能选取其中的典型线型进行船模试验ꎮ为此ꎬ考虑采用ＣＦＤ数值计算方法ꎬ利用计算机技术ꎬ在船舶设计及线型优化中进行各种模拟预估ꎬ从众多方案中进行选取ꎬ减少船模试验次数ꎬ节省开发时间和开发成本ꎮ选取两不同船舶线型ꎬ选取多速度点进行数值计算[１￣３]ꎮ通过与水池船模试验结果的比较ꎬ分析ＣＦＤ模拟阻力值与水池试验报告的数值精度ꎬ得到精度高的模拟方法ꎮ１㊀船舶流体理论基础在船舶的流场中ꎬ粘性起到主要作用ꎬ计算必须考虑到流体黏性ꎮ黏性流体运动满足质量守恒定律㊁动量守恒定律㊁动量矩守恒定律及能量守恒定律ꎮ当考虑流体为不可压缩时ꎬ密度ρ为常数ꎬ基本方程只剩下连续方程和动量方程ꎬ将本构方程代入得到雷诺方程ꎮ１.１㊀雷诺Ｎａｖｉｅｒ－ｓｔｏｋｅｓ方程对于不可压缩的流体ꎬＮ－Ｓ方程为[４]ＤνＤｔ＝ｆ－Ｉρ▽ρ＋▽２ν(１)Ｎ－Ｓ方程为一非线性的二阶偏微分方程ꎬ等式左边为惯性力ꎬ右边依次为质量力㊁压力合力和黏性力ꎮ其中黏性力又分为剪应力与附加法向应力ꎮ１.２㊀雷诺平均Ｎ－Ｓ方程虽然Ｎ－Ｓ方程能描述湍流的瞬时运动ꎬ但对湍流空间中每一点的物理量进行描述和预测是相当困难的ꎮ目前湍流的数值计算方法主要有三种:直接数值模拟方法㊁大涡模拟方法和雷诺平均Ｎ－Ｓ方程方法ꎮ而其中的雷诺平均Ｎ－Ｓ方程方法是在工程计算中运用最广的[５]ꎮ雷诺认为湍流的瞬时速度场满足Ｎ－Ｓ方程ꎬ因而采用时间平均法建立了雷诺方程ρ(∂μｉ∂ｔ＋∂μｉμｉ∂ｘｉ)＝ƏｐƏｘｉ＋μ▽２μｉ＋∂∂ｘｉ(－ｐμᶄｉμᶄｊ)(２)由雷诺方程看出ꎬ湍流中出了平均运动的粘性应力μ▽２μｉ外ꎬ还多了与脉动速度相关的一项－ρｕᶄ１ｕᶄ１ꎬ称为雷诺应力ꎬ它是一个二阶张量ꎮ由于在原有Ｎ－Ｓ方程上增加了雷诺应力这一新变量ꎬ方程不再封闭ꎬ因此需要在湍流应力与平均速度之间建立补充关系ꎬ即所谓的湍流模式ꎮ１.３㊀湍流模式湍流模式理论是指依据湍流的理论知识㊁实验数据或直接数值模拟的结果ꎬ对雷诺平均Ｎ－Ｓ方程中出现的雷诺应力项建立方程或表达式ꎬ然后对雷诺应力方程的某些项提出尽可能合理的模型和假设ꎬ以此使方程组封闭求解的理论ꎬ湍流模式理论是目前在模拟和预报复杂湍流时非常重要的工具ꎮ根据对雷诺应力处理方式的不同ꎬ湍流模式理论可分为两大类[６]:雷诺应力模式及涡粘模式ꎮ雷诺应力模式计算量很大ꎬ对计算机的要求０７１高ꎬ限制了其应用ꎮ涡粘模式不直接处理雷诺应力项ꎬ而是引入湍动粘度ꎬ湍流应力是以湍动粘度函数的形式出现ꎮ涡粘模式的模型相对要简单一些ꎬ计算量也小ꎬ针对特定流动问题可通过假定各种不同参数获得满足工程精度的求解[７]ꎮ２㊀ＣＦＤ计算模拟２.１㊀ＣＦＤ求解过程求解步骤见图１ꎮ图１㊀ＣＦＤ求解流程２.２㊀模型参数设置通常ꎬ在船体的湿表面上使用带有棱柱层的切割体网格进行阻力分析ꎮ使用切割体网格单元意味着网格将与平静的自由表面对齐ꎮ在网格设置中ꎬ各区域网格尺度均以ｂａｓｅｓｉｚｅ为基准ꎬ这样可以快速对网格进行疏密的变化ꎮ考虑船体的对称性ꎬ整个计算域只需选择一半ꎮ一般来说ꎬ网格越细ꎬ所求得的精度越高ꎬ同时需要的计算资源就越多ꎮ在生成网格时ꎬ要平衡网格大小与计算时间ꎮ整个计算域无需全部加密ꎬ主要对船体周围ꎬ兴波区域进行局部加密ꎮ自由液面需要捕捉波形ꎬ那就需要在波浪范围单独加密ꎮ从开尔文兴波范围和波浪兴起高度两方面进行加密ꎮ对船体周围加密ꎬ并适当建立过渡的网格ꎮ最后采用的网格见图２ꎮＣＦＤ在实际运用中应尽可能减少人工与计算成本ꎬ需要计算网格尽可能优化ꎮ接下来的计图２㊀计算域网格算均采用同样的网格策略ꎮ对于自由液面的捕捉ꎬ部分流体计算采用的是叠模的方式ꎬ先求解粘性阻力ꎬ再采用带自由面的势流计算兴波ꎮ本文对于自由液面的影响利用ＶＯＦ(ｖｏｌｕｍｅｏｆｆｌｕｉｄ)法求解ꎮ模拟计算中ꎬ选择Ｓｔａｎｄａｒｄｋ－ε湍流模式来模拟湍流的影响ꎮ近壁处理采用壁面函数ꎮ边界层保证ＷａｌｌＹ＋值在合适的范围ꎮ２.３㊀阻力计算结果选取２艘船舶线型ꎬ对裸船体阻力数值进行软件模拟评估ꎬ利用已有水池试验报告进行对比ꎮ从而对网格及相关设置等进行评估ꎮ２.３.１㊀阿芙拉(ＡＦＲＡＭＡＸ)线型该船为一ＡＦＲＡＭＡＸ线型ꎬ主尺度见表１ꎮ水池试验缩尺比为３４.１３ꎬ设计吃水下阻力试验数据及ＣＦＤ模拟数据见表２ꎮ表１㊀ＡＦＲＡＭＡＸ主尺度参数垂线间长Ｌｐｐ/ｍ２４２.９５型宽Ｂ/ｍ４４.００设计吃水Ｔ/ｍ１３.５０设计速度Ｖ/ｋｎ１４.５０表２㊀ＡＦＲＡＭＡＸ计算数据对比弗芳德数Ｆｒ模型速度Ｖｍ/(ｍ ｓ－１)阻力值/Ｎ试验ＣＦＤ计算０.１２１.０１２８２５.０３９２５.０２００.１３１.０９６２２８.９８９２８.９７８０.１４１.１８１４３３.３７７３３.３１３０.１５１.２６５９３８.２２５３８.３０５０.１６１.３５１１４３.５４７４３.５８８０.１７１.４３３３４９.２１５５０.１７７０.１８１.５１７０５５.７９２５６.９５８㊀㊀从表２可以看出ꎬＦｒ在０.１２~０.１８范围内ꎬＣＦＤ模拟所得的总阻力值与水池试验报告相比ꎬ误差在－０.０７４％~２.０８９％之间ꎮ１７１２.３.２㊀ＶＬＣＣ线型ＶＬＣＣ线型船舶主尺度见表３ꎮ水池试验缩尺比为３４.１３ꎬ设计吃水下阻力试验数据及ＣＦＤ模拟数据见下表４ꎮ表３㊀ＶＬＣＣ主尺度参数垂线间长Ｌｐｐ/ｍ３２４.００型宽Ｂ/ｍ６０.００设计吃水Ｔ/ｍ２０.５０设计速度Ｖ/ｋｎ１４.００表４㊀ＶＬＣＣ计算数据对比弗芳德数Ｆｒ模型速度Ｖｍ/(ｍ ｓ－１)阻力值/Ｎ试验ＣＦＤ计算０.０９０.７５７１６.３７１６.５５０.１００.８４０１９.８３２０.０００.１１０.９２４２３.６３２３.８２０.１２１.００７２７.７３２７.８６０.１３１.０８７３２.０３３２.０８０.１４１.１７３３６.９６３７.０００.１５１.２５６４２.２６４２.２００.１６１.３３９４８.０４４７.９２０.１７１.４２３５４.４３５３.４４㊀㊀从表４可见ꎬＦｒ在０.０９~０.１７范围内ꎬＣＦＤ模拟所得的总阻力值与水池试验报告相比ꎬ误差在－１.８１９％~１.１００％之间ꎮ典型阻力变化见图３ꎮ可以看出ꎬ用于模拟的网格及相关参数设置具有良好的收敛性ꎮ图３㊀典型阻力变化兴波模拟结果见图４ꎮ兴波区域网格加密能够更好地捕捉波型ꎬ进而有利于阻力数值的模拟精度ꎮ可结合数值与波型ꎬ应用于今后的船型优化ꎮ总的来说ꎬ对于模型尺度总阻力ꎬＣＦＤ模拟得到的阻力与实验数据对比误差均在２％以内ꎬ在各速度点都有可靠的阻力精度ꎮ在设计航速附近的误差小于１％ꎬ认为能够利用ＣＦＤ对该类船舶阻力进行有效的预估计算ꎮ３㊀结论在以往的ＣＦＤ模拟中ꎬ数值的精度有限ꎬ不图４㊀自由液面能对船舶总阻力进行准确稳定的预估ꎬ多进行定性的比较分析ꎮ随着计算流体力学理论应用与软件的发展ꎬ能够对船舶阻力值进行更加准确的计算ꎮ以两不同船舶线型为对象ꎬ总阻力的模拟计算结果表明ꎬ与水池试验相比ꎬ利用ＣＦＤ进行总阻力预报具有较高的数值模拟精度ꎮ结合ＶＯＦ法与波系范围内的网格加密ꎬ能够准确地捕捉产生的兴波ꎮ采用Ｓｔａｎｄａｒｄｋ－ε模型ꎬ对选取的肥大型船在设计航速附近能够达到１％以内ꎬ在整个速度取值范围均在２％内ꎮ故在今后的船体线型评估与对比中ꎬ能够充分利用该方法进行多线型的阻力精确预估与分析ꎮ对继续深入开展船舶ＣＦＤ的仿真应用ꎬ充分发挥ＣＦＤ工具在船舶开发中的作用ꎬ具有重要的工程意义ꎮ参考文献[１]倪崇本ꎬ朱仁传ꎬ缪国平ꎬ等.一种基于ＣＦＤ的船舶总阻力预报方法[Ｊ].水动力学研究与进展Ａ辑ꎬ２０１０ꎬ２５(５):５７９￣５８６.[２]ＲＡＶＥＮＨＯＹＴＥＣꎬＳＴＡＲＫＥＢＲＡＭ.Ｅｆｆｉｃｉｅｎｔｍｅｔｈｏｄｓｔｏｃｏｍｐｕｔｅｓｔｅａｄｙｓｈｉｐｖｉｓｃｏｕｓｆｌｏｗｗｉｔｈｆｒｅｅｓｕｒｆａｃｅ[Ｃ].２４ｔｈＳｙｍｐｏｓｉｕｍｏｎＮａｖａｌＨｙｄｒｏｄｙｎａｍｉｃｓꎬＦｕｋｕ￣ｏｋａꎬＪａｐａｎꎬ２００２.[３]ＳＣＨＷＥＩＧＨＯＦＥＲＪ.ＲＥＧＮＳＴＲＯＭＢ.ＳＴＡＲＫＥＡ.Ｒ.Ｇ.Ｔｚａｂｉｒａｓ.ＶｉｓｃｏｕｓｆｌｏｗｃｏｍｐｕｔａｔｉｏｎｓｏｆｔｗｏｅｘｉｓｔｉｎｇｖｅｓｓｅｌｓａｔｍｏｄｅｌａｎｄｆｕｌｌｓｃａｌｅｓｈｉｐＲｅｙｎｏｌｄｓｎｕｍｂｅｒｓ￣ａｓｔｕｄｙｃａｒｒｉｅｄｏｕｔｗｉｔｈｉｎｔｈｅＥｕｒｏｐｅａｎＵｎｉｏｎｐｒｏｊｅｃｔＥＦ￣ＦＯＲＴ[Ｃ].ＩｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌＣｏｎｆｅｒｅｎｃｅｏｎＣｏｍｐｕｔａｔｉｏｎａｌＭｅｔｈｏｄｓｉｎＭａｒｉｎｅＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇꎬ２００５.[４]刘应中ꎬ张怀新ꎬ李谊乐ꎬ等.２１世纪的船舶性能计算和ＲＡＮＳ方程[Ｊ].船舶力学ꎬ２００１(５):６６￣８４.[５]张亮ꎬ李云波.流体力学[Ｍ].哈尔滨:哈尔滨工程大学出版社ꎬ２００８[６]曲宁宁.基于黏流阻力数值计算的肥大型船尾部线２７１型优化方法研究[Ｄ].上海:上海船舶及海洋工程研究所ꎬ２０１１.[７]黄少锋ꎬ张志荣ꎬ赵峰ꎬ等.带自由面肥大船粘性绕流场的数值模拟[Ｊ].船舶力学ꎬ２００８(１):４６￣５３.ＰｒｅｄｉｃｔｉｏｎｏｆＳｈｉｐＲｅｓｉｓｔａｎｃｅＢａｓｅｄｏｎＣＦＤＭｅｔｈｏｄＣＨＥＮＱｉａｎꎬＺＨＡＪｉｎｇ￣ｊｉｎｇꎬＬＩＵｇａｎｇ(ＳｈａｎｇｈａｉＷａｉｇａｏｑｉａｏＳｈｉｐｂｕｉｌｄｉｎｇＣｏ.ꎬＬｔｄ.ꎬＳｈａｎｇｈａｉ２００１３７ꎬＣｈｉｎａ)Ａｂｓｔｒａｃｔ:Ｉｎｏｒｄｅｒｔｏａｃｃｕｒａｔｅｌｙｐｒｅｄｉｃｔｓｈｉｐｔｏｔａｌｒｅｓｉｓｔａｎｃｅｂｙｃｏｍｐｕｔａｔｉｏｎａｌｆｌｕｉｄｄｙｎａｍｉｃｓ(ＣＦＤ)ｍｅｔｈｏｄꎬｔｗｏｓｈｉｐｌｉｎｅｓｗｅｒｅｓｅｌｅｃｔｅｄｔｏｓｉｍｕｌａｔｅｔｈｅｒｅｓｉｓｔａｎｃｅｕｎｄｅｒｄｉｆｆｅｒｅｎｔｓｐｅｅｄｓｉｎｃａｌｍｗａｔｅｒ.Ｃｏｎｓｉｄｅｒｉｎｇｔｈｅｓｙｍｍｅｔｒｙｏｆｔｈｅｈｕｌｌꎬｔｈｅｈａｌｆｍｏｄ￣ｅｌｗａｓｅｓｔａｂｌｉｓｈｅｄｔｏｓｉｍｕｌａｔｅｔｈｅｒｅｓｉｓｔａｎｃｅꎬａｎｄｌｏｃａｌｍｅｓｈｒｅｆｉｎｅｍｅｎｔｗａｓａｄｏｐｔｅｄｔｏｒｅｄｕｃｅｔｈｅｎｕｍｂｅｒｏｆｍｅｓｈｅｓａｎｄｅｎｓｕｒｅｔｈｅｐｒｅｃｉｓｉｏｎ.ＴｈｅＶＯＦｍｅｔｈｏｄｗａｓｕｓｅｄｔｏｃａｐｔｕｒｅｔｈｅｆｒｅｅｓｕｒｆａｃｅ.Ｃｏｍｐａｒｅｄｗｉｔｈｓｈｉｐｍｏｄｅｌｔｅｓｔｄａｔａꎬｔｈｉｓｍｅｔｈｏｄｈａｓｈｉｇｈｅｒｎｕｍｅｒｉｃａｌａｃｃｕｒａｃｙ.Ｋｅｙｗｏｒｄｓ:ＣＦＤꎻｔｏｔａｌｒｅｓｉｓｔａｎｃｅꎻｖｉｓｃｏｕｓｆｌｏｗꎻｎｕｍｅｒｉｃａｌｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ(上接第１６９页)图６㊀基座弹簧力图参考文献[１]李海洲ꎬ李小灵ꎬ陈建平ꎬ等.Ａ型液舱超大型全冷式液化气船结构设计研究[Ｊ].船舶与海洋工程ꎬ２０１６ꎬ３２(１):２３￣２８.[２]郑双燕ꎬ范鹏ꎬ柳卫东ꎬ等.大型全冷式液化气船(ＶＬ￣ＧＣ)总体设计研究[Ｊ].船舶工程ꎬ２０１４ꎬ３６(５):１８￣２１.[３]ＬｌｏｙｄᶄｓＲｅｇｉｓｔｅｒ.Ｒｕｌｅｓａｎｄｒｅｇｕｌａｔｉｏｎｓｆｏｒｔｈｅｅｏｎｓｔｒｕｃ￣ｔｉｏｎａｎｄｃｌａｓｓｉｆｉｃａｔｉｏｎｏｆｓｈｉｐｓｆｏｒｔｈｅｃａｒｒｉａｇｅｏｆｌｉｑｕｅ￣ｆｉｅｄｇａｓｅｓｉｎｂｕｌｋ[Ｓ].ＬＲꎬ２０１７.[４]ＬｌｏｙｄᶄｓＲｅｇｉｓｔｅｒ.ＰｒｉｍａｒｙｈｕｌｌａｎｄｃａｒｇｏｔａｎｋｓｔｒｕｃｔｕｒｅｏｆｔｙｐｅａｔａｎｋＬＰＧｓｈｉｐｓ[Ｓ].ＬＲꎬ２０１７[５]ＩＭＯ.Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌｃｏｄｅｆｏｒｔｈｅｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎａｎｄｅｑｕｉｐ￣ｍｅｎｔｏｆｓｈｉｐｓｃａｒｒｙｉｎｇｌｉｑｕｅｆｉｅｄｇａｓｅｓｉｎｂｕｌｋＩＧＣｃｏｄｅ[Ｓ].ＩＭＯꎬ２０１３.[６]郑雷ꎬ李小灵ꎬ王亮ꎬ等.ＶＬＧＣ全船结构有限元分析研究[Ｊ].船舶工程ꎬ２０１５ꎬ３７(增刊１):２８￣３１.ＤｅｓｉｇｎＭｅｔｈｏｄｏｆＦｏｕｎｄａｔｉｏｎＳｕｐｐｏｒｔｆｏｒＶＬＧＣＧＵＯＹａｎ￣ｓｏｎｇꎬＧＵＡＮＹｕｅ￣ｒａｎ(ＳｈａｎｇｈａｉＷａｉｇａｏｑｉａｏＳｈｉｐｂｕｉｌｄｉｎｇＣｏ.ꎬＬｔｄ.ꎬＳｈａｎｇｈａｉ２００１３７ꎬＣｈｉｎａ)Ａｂｓｔｒａｃｔ:Ｔｈｅｆｏｕｎｄａｔｉｏｎｏｆｖｅｒｙｌａｒｇｅｌｉｑｕｅｆｉｅｄｇａｓｃａｒｒｉｅｒ(ＶＬＧＣ)ｗａｓｄｅｓｉｇｎｅｄ.Ｔｈｅｓｔｒｅｎｇｔｈｏｆｓｕｐｐｏｒｔｗａｓｄｉｒｅｃｔｌｙａｓ￣ｓｅｓｓｅｄｂｙＭＳＣ.ＰａｔｒａｎａｎｄＭＳＣ.Ｎａｓｔｒａｎ.Ｔｈｅｄｅｓｉｇｎｍｅｔｈｏｄｏｆｓｕｐｐｏｒｔｉｎｇｆｏｕｎｄａｔｉｏｎｗａｓｐｒｏｐｏｓｅｄｆｒｏｍｔｈｅｐｒｅｌｉｍｉｎａｒｙｄｅｓｉｇｎｔｈｒｏｕｇｈｔｈｅｆｏｒｃｅｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎａｎｄｓｔｒｅｎｇｔｈａｓｓｅｓｓｍｅｎｔｔｏｔｈｅｆｉｎａｌｄｅｔｅｒｍｉｎａｔｉｏｎｏｆｔｈｅｌａｙｏｕｔｏｆｔｈｅｆｏｕｎｄａｔｉｏｎ.Ｋｅｙｗｏｒｄｓ:ｖｅｒｙｌａｒｇｅｌｉｑｕｅｆｉｅｄｇａｓｃａｒｒｉｅｒ(ＶＬＧＣ)ꎻＦＥＭꎻｓｕｐｐｏｒｔｉｎｇｆｏｕｎｄａｔｉｏｎ３７１。
基于CFD软件的三维船体粘性流的数值模拟作者：黄丽来源：《广东造船》2011年第03期摘要：利用商业CFD计算软件FLUENT，在不考虑自由液面情况下，对某低速肥大型船进行粘性流数值模拟，得到在不同傅氏数下的船体摩擦阻力系数及船体周围流场信息，通过把数值模拟计算的摩擦阻力系数和经验公式相比较，验证了FLUENT用于预报三维船体摩擦阻力的有效性，所得到的船体周围的流场信息可以为线型的优化提供一定的参考数据。
关键词：三维船体；粘性流场；摩擦阻力；FLUENTNumerical Simulation of Viscous Flow around Three-Dimensional Hull by CFDHUANG Li(CSSC Guangzhou Longxue Shipbuilding co., Ltd. Guangzhou 511462)Abstract: By using CFD software FLUENT, without considering the free surface, numerical simulation of viscous flow is made for a low-speed full form to obtain friction resistance coefficients under different Fround number and flow field information around hull. After comparing the friction resistance coefficients with ITTC formula, it is proved that the frictional resistance coefficients are consistent with the ITTC formula, the numerical calculation method is effective and the obtained flow field information around hull could provide reference data for optimization of ship line.Key words: Three-Dimensional hull; Friction Resistance; Viscous Flow; FLUENT计算流体力学（CFD，Computational Fluid Dynamics）是一门用数值计算方法直接求解流动主控方程(Eluer或Navier-Stokes方程)以发现各种流动现象的规律的学科，在船舶阻力性能、推进性能、操纵性能及波浪中的运动等方面有着重要的发展和积极的应用，已经成为船舶型线设计及优化的新兴手段，在国外得到广泛应用。
高速船航态模拟与阻力预报CFD方法应用韩翔希;赵成璧;唐友宏;林慰;曹艺龄【摘要】Compared with the low-speed boat,high-speed boat's navigation state is quite different.It has significant impaction on the ship's resistance.The resistance prediction of such a vessel must consider the ship's navigation state.Little information on the planning craft vertical and longitudinal movement theory prediction can be found.Here,the dynamic mesh is used to simulate ship navigation state.Meanwhile,in order to ensure the calculation continuity and stability,in discrete time domain.UDF was used to control the ship motion,according to the force of the hull.This study is based on the FLUENT platform to calculate the three-dimensional hull resistance with the consideration of the navigation state.The calculation results show that this method of ship hydrodynamic prediction is feasible.%中高速船在航行状态下,其航态与低速航行相比有较大的不同,对船舶的阻力有明显的影响.因此,此类船舶的阻力预报必须考虑船舶航行姿态的影响.现有公开发表的关于滑行艇垂向+纵向运动理论预报研究的资料不多见.基于Fluent平台对三维船体航态对阻力的影响进行研究,采用动网格技术模拟船舶的航态；同时,为了保证计算的连续性与稳定性,利用FLUENT二次开发平台,编写UDF程序,在离散的时间域内根据船体的受力对船舶运动进行干涉.计算结果表明该方法对船舶的水动力预报问题具有可行性.【期刊名称】《科学技术与工程》【年(卷),期】2013(013)021【总页数】8页(P6176-6183)【关键词】船舶阻力预报;航态;动网格;UDF【作者】韩翔希;赵成璧;唐友宏;林慰;曹艺龄【作者单位】华南理工大学土木与交通学院,澳大利亚南澳5042,船舶与海洋工程系,510641;华南理工大学土木与交通学院,澳大利亚南澳5042,船舶与海洋工程系,510641;澳大利亚福林德斯大学计算机科学工程和数学学院,澳大利亚南澳5042;华南理工大学土木与交通学院,澳大利亚南澳5042,船舶与海洋工程系,510641;华南理工大学土木与交通学院,澳大利亚南澳5042,船舶与海洋工程系,510641【正文语种】中文【中图分类】U674.942低速船航行时船体下坐和纵倾不大，航态基本与静止状态相同，对阻力的影响不明显，预报阻力时可以不予考虑;而对于高航速的船舶，如滑行艇，船体下坐和纵倾通常比较明显，以设计浮态为基准的阻力预报结果与实际航行阻力差距一般较大。
基于CFD软件的三维船体粘性流的数值模拟
黄丽
【期刊名称】《广东造船》
【年(卷),期】2011(030)003
【摘要】利用商业CFD计算软件FLUENT,在不考虑自由液面情况下,对某低速肥大型船进行粘性流数值模拟,得到在不同傅氏数下的船体摩擦阻力系数及船体周围流场信息,通过把数值模拟计算的摩擦阻力系数和经验公式相比较,验证了FLUENT 用于预报三维船体摩擦阻力的有效性,所得到的船体周围的流场信息可以为线型的优化提供一定的参考数据.
【总页数】3页(P41-42,62)
【作者】黄丽
【作者单位】广州中船龙穴造船有限公司技术中心,广州511462
【正文语种】中文
【相关文献】
1.绕船体自由面周围三维粘性流场的数值模拟 [J], 张怀新;刘应中;缪国平
2.转捩模型在静叶栅三维粘性流数值模拟中的应用研究 [J], 祝海义;秦利峰;郭玉波;冯国泰
3.不完全蜗壳的三维结构化网格划分及粘性流数值模拟 [J], 魏显著;郭忠泰;徐忠;朴春光
4.基于商业CFD软件的ESP气固两相流数值模拟 [J], 徐旭东;蔡锡锋;寿志毅;刘含笑;颜士娟;郭高飞;冯国华;周冰;杜依倩
5.带自由面三维船体周围粘性流场的数值模拟 [J], 张怀新;刘应中;缪国平
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基于CFD的船舶阻力预报方法分析作者：范超张振来源：《科学与财富》2018年第19期摘要：在船舶行驶运输的过程中，船舶阻力是影响船舶速度的主要因素，船舶阻力性能优越不但可以提高船舶的运输效率，可以大大的节约运输成本，提高船舶的经济性能，同时对船舶的行驶安全和使用寿命都有较大的影响。
船舶阻力性能的评估一直是船舶整体性能优化的重要依据，阻力的预报也是船舶工程长期研究的重要内容之一，在研究过程中中，通过分析船舶阻力的形成因素和预报手段最终总结出了通过CFD理论进行阻力预报的方法，而该方法在船舶阻力预报中已经长时间得到广泛应用，本文首先阐述了CFD船舶阻力预报方法的应用现状，然后分析了CFD的船舶阻力预报方法的优缺点，最后总结了CFD理论在船舶行业的发展目标和方向。
关键词：船舶阻力；预报方法；CFD理论计算引言：在船舶整体运行当中最重要的性能就是阻力，船舶阻力的计算与预报一直是船舶工程发展当中所重点关注的内容，将对船舶的行驶效率、运输安全性和使用寿命产生一定的影响，现阶段船舶阻预报还是主要靠模拟实验来计算，通过模拟实验来进行预报，其精确度还是比较理想的，但是船模实验也并非是完美的，在实际操作当中还是存在着缺陷，随着计算机的发展，计算流体力学逐渐兴起，也逐渐被应用与船舶工程当中，而CDF的船舶阻力预报作为一种新型的计算方法，为现阶段船舶工程的发展做出了极大的贡献，其具有广阔的发展前景。
一、目前CFD的发展现状近几年，随着国内科技的快速发展与创新，计算机技术的不断成熟，计算流体力学也得到了进一步发展，由于CFD计算船舶阻力的方法具有费用低廉，没有触点流场测量，没有比尺效应，同时有效排除了实验中由传感器的形态以及实验器材发生形变等不良因素对整体预报结果产生的影响，由于CDF的预报模式最终得到的整体实验数据相对清晰、全面，因此该预报方法近年来得到了船舶工程及相关产业的高度重视，在船舶生产、使用、维护的整体过程中的应用也越发广泛。
基于CFD的船舶船体总阻力预报方法CFD是计算流体力学的缩写，是用于分析流动场和计算阻力的一种数值分析技术，被广泛应用于船舶航行性能的研究中。
船舶航行受到水的阻力影响，因此预报船体总阻力是航行设计的重要环节之一。
下面我们将介绍一种基于CFD的船舶船体总阻力预报方法。
首先，我们需要获取船体CAD模型，并将其转换成CFD模型。
这可以通过将船体CAD模型导入专业CFD软件中实现。
在导入后，我们需要对该模型进行网格划分。
网格划分是CFD仿真的关键，它直接影响着计算的准确性和效率。
通常使用的网格划分有结构化和非结构化两种，根据具体情况选择更合适的划分方式。
划分完成后，我们可以开始进行计算。
CFD计算分为两个步骤，第一步是求解流场，第二步是求解阻力。
在求解流场时，我们需要确定边界条件和流体动力学模型。
边界条件决定了计算模拟的流体力学环境，如流速、压力等。
流体动力学模型根据流体动量守恒、能量守恒和质量守恒原理进行建模，它是计算模型的核心。
求解完流场后，我们就可以得到船舶水上表面的压力分布，从而可以进入第二步。
在求解阻力时，我们可以采用CFD直接计算或计算流体力学辅助设计（CFD-Aided Design，CAD）的方法。
CFD直接计算是通过计算船体表面的摩阻、压力和粘滞阻力等来得到总阻力。
这种方法计算比较直接，但在精度上相对较低。
而CFD-Aided Design方法是在CFD计算的基础上，将得到的阻力值进行预测和优化，同时还可以对设计参数进行调整，从而得到更准确的预报结果。
最后，我们对CFD计算结果进行验证。
CFD计算结果需要与模型试验结果进行比对来验证其准确性。
我们可以通过数值模拟得到船舶在不同航速下的阻力系数（即船舶所受总阻力与动压力之比），并与实测值进行比较，从而可以验证CFD计算的可靠性和准确性。
如果CFD计算结果与试验结果相差不大，则说明所采用的计算方法比较可靠。
以上就是基于CFD的船舶船体总阻力预报方法的介绍。
