基于cfd数值波浪池技术及强迫横摇数值实验的研究

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1、基于CFD的数值波浪水池技术及强迫横摇数值实验研究摘要数值波浪水池是当今船舶与海洋工程的热点研究领域，因为与传统意义上的实验室水池相比，其具有许多的优势，如实验造价低廉、可重复性强及周期短等。对于船舶而言，其在海上受波浪的扰动，产生的摇摆运动时船舶的主要振荡运动形式之一。由于船的横向尺度远远小于纵向尺度，加之船体外形光顺，因而横摇阻尼的预报对船舶的耐波性意义重大。本文在对现有的数值波浪水池及横摇阻尼模拟的CFD相关理论和方法进行了总结，在数值波浪水池模拟方面，阐述了摇板式造波的原理、波浪数学模型的建立、自由面追踪的方法及数值波浪水池消波的实现，并以FLUENT软件为计算平台，结合自身

2、的二次开发(UDF编译)，采用动网格模型来实现造波板摇板的摆动，以VOF方法来追踪捕捉自由面的变化和位置，采用人工粘性消波方法来实现消波，结合舢k一占湍流模型成功地实现了数值波浪水池的模拟，最后，将模拟的数值解与理论解进行了比较，结论表明数值解的准确性良好，并得出了数值波浪水池中可以进行波物耦合计算的区域。对于横摇阻尼数值模拟方面，研究论述了横摇阻尼计算的理论与方法，并以FLUENT软件为算平台，结合对软件的二次开发，采用动网格模型实现船舶剖面的强迫横摇运动，并采用SSTk—g湍流模型，计算出了二维船舶横剖面的横摇阻尼，分析了流体粘性、强迫运动的横摇幅值、船体剖面及舭龙骨对横摇力矩的

3、影响，同时，展示了不同时刻横摇运动诱导产生的涡的分布情况。并将Series60船模横剖面的横摇阻尼的计算结果与池田良穗的试验结果进行了比较，二者之间吻合良好。关键词：CFD；粘性；数值波浪水池；横摇阻尼基于CFD的数值波浪水池技术及强迫横摇数值实验研究AbstractNumericalWaveTank(NWT)iSahotresearchfieldfornavalarchitectureandoceanengineering，comparingwiththetraditionalrealtesttank，numericalwavetankhasplentyofadvantages，f

4、orinstancethecostoftheexperimentsislow，therepeatabilityiseasyandthelengthoftimeofexperimentsisshort．Theshipsareinfluencedbythewavesinthesea,theoscillatingmotionisoneofthemostimportantmotions．Becausethecroosdirectiondistanceismuchlongerthanthelongitudinaldistance，andtheshapeofships、bodyissmooth，

5、thepredictionofrolldampingisquiteimportantfortheseakeepingofships．Inthispaper,theCFD’Stheoriesandmethodsforthepresentnumericalwavetankandships、rolldampingaresummarized，forthenumericalwavetank，thetheoryofswingplatewave-making，thecreationofthemathematicsmodelsofwaves，themethodoffreesurfacecalcula

6、tionandwave—absorbinginthenumericalwavetankareexpatiated，andbasedonthesoftofFLUENT，combinedwiththesecondarydevelopment(thecompilationofUDF)，usingthedynamicmodeltocontrolthemotionsofthewave-maker，capturingthechangesandpositionsofthefreesurfacebyadoptingVOFmethod，achievingtheeffectsofwave。absorbi

7、ngbyartificialviscosity，andsuccessfullysimulatethenumericalwavetankbyusingRNG七一占turbulencemodel．Atlast，comparingthenumericalsolutionwiththetheoreticalsolution，theconclusionshowsthatthenumericalsolution、Saccuracyisgood，andtheareafo