低速肥大船型粘性流数值模拟

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本论文为对某型江海直达集装箱船粘性流的数值模拟,来得到该船的粘性流场各细节,包括绕流特点、粘性阻力及成分、尾部伴流场等。该江海直达船属于低速肥大船型。该型船在中低速时,伴流的主要成分是摩擦伴流,其次是势伴流,而由兴波引起的伴流很小,可以忽略不计;就阻力而言,这类船舶线型丰满、湿表面积大、傅氏数低,粘性阻力在总阻力中所占比例很大,从而粘性阻力的大小是影响船舶快速性的主要因素。因此对粘性流的数值模拟,对该船型快速性有重要的意义。目前这部分工作主要有以下三种方法:试验测试、系列船型资料插值以及计算流体动力学(CFD)。CFD是通过计算机数值计算和图像显示,对包含有流体流动的系统所做的计算和分析。船舶CFD方法有以下优点:不需要特殊的试验设备和装置;不需要进行费时费力的系列船模试验;可以随心所欲地获取流场细节和重复“试验”;可以便利地通过修改船型进行水动力性能比较,从而分析船型对性能的影响,进行船型优化设计;将CFD方法直接应用于实船性能预报,可以避免“尺度效应”的影响。借助高效的CFD方法有希望不通过水池试验解决船舶流体力学问题。随着CFD学科发展的成熟,为了将CFD研究成果与实际工程应用结合起来,CFD商业软件应运而生。采用现成的商业软件,简化了不通过水池试验来解决船舶流体力学这一问题的工作难度并能改善精度。本论文利用GAMBIT作前处理,生成模型及计算域的网格,再利用FLUENT求解器求解RANS方程,从而对200TEU的粘性流场进行数值模拟。最后依靠水池试验对计算进行验证。试验结果显示:数值模拟得到的该船的粘性阻力成分与实验结果较吻合,得到的尾部伴流场在当前的技术条件下比较令人满意。另外得到了该船的流动细节,如尾部流线分离、桨盘处来流预旋等,可对该船的进一步改型提供帮助。
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