计算流体力学在船舶流场计算中的应用研究随着船舶行业的快速发展，如何减少船舶的阻力和提高航速已成为船舶设计中的重要问题。
计算流体力学（CFD）是研究流体运动规律和流场现象的一种先进的数值模拟方法。
它以计算机为工具，将流体物理过程数值化分析，并通过数值模拟实验来预测流体力学问题的性质和变化。
本文将阐述计算流体力学在船舶流场计算中的应用研究。
1. CFD技术在船舶流场计算中的应用CFD技术应用在船舶流场计算中可以大大缩短航行试验和模型试验的时间，减少试验成本。
同时，CFD技术还可以提高试验数据的准确性，并且还可以研究更为复杂的流场现象。
CFD技术在船舶流场计算中的应用主要包括以下几个方面：1.1 船舶流阻力计算船舶的流阻力是影响航行速度和动力性能的主要因素之一。
通过CFD技术，可以分析流场内的速度场、压力场等重要参数，进而计算出船舶的流阻力。
因此，CFD技术在船舶流阻力计算中的应用可以提高船舶的航行效率，降低燃油耗费。
1.2 船舶流场分析CFD技术可以对复杂的流场进行数值模拟，包括涡流、湍流、激波等复杂现象。
通过对船舶流场的数值模拟，可以研究船舶在不同航行状态下的流场特性，如涡流结构、波浪、空气强化效应等。
此外，CFD技术还可以为船舶的气动、水动力学性能提供更深入的分析。
1.3 船体形状优化通过CFD技术模拟不同的船体形状，可以计算出相应的流场特性。
从而可以进一步优化船体形状，减少阻力，提高速度。
CFD技术在船体形状优化方面的应用可以加速设计过程，同时减少试验成本。
2. CFD技术在船舶流场计算中的挑战虽然CFD技术在船舶流场计算中具有重要的应用价值，但同时也存在一些挑战。
2.1 模型精度问题CFD技术需要对模型进行分段，对每个分段内的流体问题进行求解。
然而，在每个分段内，模型的几何形状、流动边界条件等均会影响到计算结果的精度。
因此，如何准确地建立模型，对模拟产生的误差进行判断和修正，是CFD技术在船舶流场计算中面临的重要问题。
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和直接计算技术的航行器阻力系数算法研究
王玉婷;向先波;王瑟
【期刊名称】《中国科技论文》
【年(卷),期】2016(011)019
【摘要】为了准确计算水下航行器阻力系数,实现水下航行器操纵性能预报和运动控制,以某型水下航行器为例,开展了基于CFD数值模拟计算和理论直接计算的水动力阻力系数算法研究工作.首先在建立水下航行器主尺度物理模型的基础上,运用CFD建立航行器简化模型并划分网格,然后计算此模型在3个平动方向上不同航速时所受的力,进而拟合出阻力系数;其次运用理论公式直接计算航行器阻力系数;最后通过对比分析,验证了2种方法的有效性.并采取均方融合技术以提高计算结果的可靠性.
【总页数】5页(P2164-2168)
【作者】王玉婷;向先波;王瑟
【作者单位】华中科技大学船舶与海洋工程学院,武汉430074;华中科技大学船舶与海洋工程学院,武汉430074;华中科技大学船舶与海洋工程学院,武汉430074【正文语种】中文
【中图分类】U661.1
【相关文献】
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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。
