船舶阻力及粘性流场的数值模拟

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1、大连理工大学硕士学位论文船舶阻力及粘性流场的数值模拟姓名：李良彦申请学位级别：硕士专业：船舶与海洋结构物设计制造指导教师：钱昆20081201大连理工大学硕士学位论文摘要当前船舶阻力的预测大多数是用经验公式来估算，或者做模型试验换算到实船阻力。前者有估算不准且得不到船舶周围流场的实际情况，而后者虽能较准确的估算实船的总阻力，但依然对船舶的周围流场、尾流场不能精确描述。而且模型试验还受到模型尺寸等实际因素制约不能进行特殊情况下的试验。模型试验还花费巨大以至增加了造船成本。随着计算机的快速发展，船舶计算流体力学(ComputationalFluidDynamics，简称CFD)方法在计算能力和

2、实用化方面都发生了深刻的变化。其计算船舶的阻力和模拟周围流场的流动细节的功能越来越强，精度上基本能达到工程应用要求，而且花费较模型试验少很多。本文采用目前广泛应用的商业计算流体力学通用软件FLUENT数值模拟具有自由液面的船舶的粘性流场，自由液面采用VOF(VolumeOfFluid)法进行处理。计算对象是已经做过详细试验，比较成熟的系列60船型。通过大量的试算，选取一个合适的湍流模式，并确定湍流参数。将计算结果与经验公式估算结果和模型试验结果进行比较，给出波高、速度矢量等计算值。然后参考这一算例，又模拟计算了一条实尺度油船的摩擦阻力和粘性流场。数值计算模拟结果表明，FLUENT可以比较精

3、确的预报船舶的摩擦阻力。对于小尺度的船模，预报的总阻力相差在20％以内。VOF法可以较好的反映出船体兴波情况。通过与无自由液面的结果比较，清晰的显示出自由液面对船舶粘性流场的影响。而且真实的模拟出实尺度船舶流场的压力、流线情况。这为商业计算流体力学软件FLUENT在计算具有自由表面的船舶阻力方面和其他性能研究的实用性和准确性提供了一些依据。关键词：数值模拟；阻力；粘性流场；FLUENT；VOF方法船舶阻力及粘性流场的数值模拟NumericalSimulationofResistanceandViscousFlowaroundShipHullAbstractTocalculatetheexp

4、eriencedformulasortotestthemodelbytankarethepopularmethodstoestimateshipresistance．TheformeroneCall’tobtaintheexactresistanceandthedetailofviSCOUSflow．Althoughthelatteronecangettheexactresistanceofaship，italSOCan’tdescribethedetailofviscousflowandflowatstem．Furthermore,themodeltestislimitedbytheea

5、rthyfactors．orexamplethelimitedsizeofthemodelandSOon．Soitcall’ttakethetestinextremeconditions．，nlehugespendingin．easetheshipbuildingcost．Wimthefastdevelopmentofcomputer，theprofoundtransformationhashappenedforCFDintheaspectsforcalculationcapabilityandpracticality．Itsfunctionofsimulatingtheshipresis

6、tanceandthedetailoftheviscousflowisfromstrengthtostrength．Itsprecisioncanachievetheengineeringstandards．Itscostislessthanmodeltest．T11ispaperapplythewidelyadoptedcommercialcomputationalfluiddynamicssoftwareFLUENTtosimulatetheresistanceandviscousflowaroundthefreesurfaceofashiphull．功efleesurfaceispr

7、ocessedbyusingVOF(VolumeofFluid)method，功ecalculatingmodelisthematureSeries60shipwhichhasbeentestedbyalotofdetailedexperiments．Bytakingmuehcalculation,anappropriateturbulencemodelandturbulenceparametersarechosen．S