1、<p><b>　　本科畢業(yè)論文</b></p><p><b>　　（20 屆）</b></p><p>　　小水線面雙體船阻力計算</p><p>　　所在學(xué)院 </p><p>　　專業(yè)班級 船舶與海洋工程

2、 </p><p>　　學(xué)生姓名 學(xué)號 </p><p>　　指導(dǎo)教師 職稱 </p><p>　　完成日期 年 月 </p><p><b>　　目錄</b></p>

3、<p><b>　　摘 要1</b></p><p>　　[Abstract]2</p><p><b>　　1前言3</b></p><p>　　1.1課題的目的與意義3</p><p>　　1.2小水線面雙體船的現(xiàn)狀與發(fā)展3</p><p>　　

4、1.3 CFD研究4</p><p>　　1.4 FLUENT的簡介5</p><p>　　1.4.1程序結(jié)構(gòu)：5</p><p>　　1.4.2 FLUENT 程序可以求解的問題6</p><p>　　1.5本設(shè)計的主要研究內(nèi)容7</p><p><b>　　2. 基本理論7</b>

5、</p><p>　　2.1 FLUENT基本思路7</p><p>　　2.2 FLUENT分析流程8</p><p>　　2. 3邊界條件9</p><p>　　2.4 SIMPLE算法10</p><p>　　2. 5網(wǎng)格生成技術(shù)11</p><p>　　3雙體船實船數(shù)值模擬

6、12</p><p><b>　　3.1引言：12</b></p><p>　　3.2計算模型與坐標系13</p><p><b>　　3.3計算域16</b></p><p>　　3.4網(wǎng)格劃分17</p><p>　　3.5 邊界條件19</p>

7、<p>　　3.6 模型設(shè)定19</p><p>　　3.7 求解設(shè)定與計算19</p><p>　　3.8計算結(jié)果與分析28</p><p><b>　　總結(jié)36</b></p><p><b>　　[參考文獻]37</b></p><p><b&

8、gt;　　致謝38</b></p><p><b>　　外文翻譯39</b></p><p><b>　　摘 要</b></p><p>　　最近幾年我國船舶產(chǎn)業(yè)高速發(fā)展，快速性是船舶性能重要的一塊，通過對船體的線型進行優(yōu)化，將可以有效的減少船舶在航行中的阻力，這樣不僅節(jié)省了燃油，也提高了貨運效率。<

9、;/p><p>　　這次設(shè)計采用目前廣泛應(yīng)用的商業(yè)計算流體力學(xué)通用軟件GAMBIT來建小水線面雙體船的船體模型，并用FLUEN計算在同航速下船舶的阻力。本次是計算船舶在20節(jié)航速下的阻力。幷對計算結(jié)果進行分析，如：船體表面壓力、船體周圍自由液面、船舵處壓力、船舯處壓力、船艏處壓力、船前均勻來流壓力、船舯剖面壓力、橫剖面壓力分、計算域底部壓力、船底處壓力、空氣層處壓力、船體表面流線和船艏速度矢量?？烧f明FLUENT對具

10、有自由面的雙體船船模的粘性流場模擬和阻力計算是可行的，從而保證了后續(xù)的粘性流場數(shù)值模擬和船模阻力計算的可靠性。</p><p>　　[關(guān)鍵詞] FLUENT；數(shù)值模擬；船舶阻力；雙體船</p><p>　　Resistance Computation of a Trawler Based on FLUENT</p><p>　　[Abstract] In recen

11、t years China's shipbuilding industry is developing. Fast sex is an important piece of ship performance. Line through the optimization of the hull would be able to effectively reduce the resistance in sailing ships.

12、This can not be only saves fuel, but also improve freight efficiency.</p><p>　　The design uses the widely used commercial CFD software GAMBIT to build SWATH ship hull model of the body and at the same speed

13、with the FLUENT calculation of the resistance of the ships. This is calculated under the ship at 20 knots the resistance. Such as: Pressure hul, Free surface around the hull, Rudder at the pressure, Ministry of pressure

14、amidships, Bow at the pressure, Pressure of a uniform stream before the ship, Midship section pressure, Cross section the pressure points, Pressure on t</p><p>　　[Key Words] FLUENT; numerical simulation; shi

15、p resistance; SWATH catamaran</p><p><b>　　1前言</b></p><p>　　1.1課題的目的與意義</p><p>　　船舶是一個對國民經(jīng)濟發(fā)展及實現(xiàn)現(xiàn)代化具有十分重要意義的工程領(lǐng)域。造船作為一個勞動力密集型產(chǎn)業(yè)，在當今社會中的地位，相當重要，不僅與水上運輸、漁業(yè)等息息相關(guān)，與鋼鐵產(chǎn)業(yè)更是密不可分

16、[1]。為近年來，隨著船舶產(chǎn)業(yè)的不斷發(fā)展，以及原油價格的不斷上漲，為了確保經(jīng)濟效益，船的性能的研究顯得越來越迫切。 小水線面雙體船,以深置水下的雙下潛體、小水線面的雙支柱和寬敞的上船體三部分組成。它的特點是由于水線面比單、雙體船都小很多,受波浪擾動小,所以擁有優(yōu)良的耐波性, 能平穩(wěn)執(zhí)行海上作業(yè),人員暈船率低, 適于全海候 , 堅持高出勤率;波浪中失速小,能在惡劣海情下保持高航速,各種航速下運動響應(yīng)平緩, 適于在復(fù)雜海情下工作,上可

17、起降直升機, 下可收放深潛器、工作艇; 在相對小的排水量下,甲板面積及有效艙容寬敞,利于總體布局,適于承擔海上特種作業(yè); 操縱性良好, 利于安全實施海上靠舷登船;生存能力較強,正常與破損穩(wěn)性較高;船體表現(xiàn)外形簡單, 通常是二線曲面,建造工藝沒難度,而且適宜采用電磁波和水聲隱身結(jié)構(gòu), 提高全船隱蔽性。但船體結(jié)構(gòu)復(fù)雜,重量比相當排水量的單體常規(guī)船大;載重量變化使吃水變化十分敏感;雙體</p><p>　　1.2小水線

18、面雙體船的現(xiàn)狀與發(fā)展</p><p>　　小水線面雙體船的概念早在1905年以前就已被提出。但直到1973年才在美國建成世界上第一首SWATHA“Kaimalino”號。隨后日本和歐洲一些國家也相繼開發(fā)出SWATH船。例如，日本開發(fā)的有”Marine Ace”號(18t,試驗船)，“Mesa 80”號（350t，旅客渡船），”Kotozaki”號和Ohtori號（排水量分別為236t和239t，均為水文調(diào)查船）。

19、我國在70年代后期開始SWATH船的研究工作[3][4][5][6][7]。2000年在汕頭船廠建成我國第一艘SWATH船，排水量為200t，主要取其耐波性好，航行平穩(wěn)的優(yōu)點，設(shè)計航速不很高。</p><p>　　因為SWATH船的滿載吃水線以下船體表面積比相同排水量的單體船大65%-80%。所以在相等的航速下，SWATH船的摩擦阻力比單體船大得多 。這意這以為著當SWATH船低速航行時，其阻力性能比單體船差很多

20、。只有高速航行時，由于興波阻力小，其阻力性能才好于單體船。因此，SWATH船的海上航速一般設(shè)計得較高。</p><p>　　SWATH船的航行水阻力隨船速增加而增加 ,但在波浪中航行的阻力與在靜水中航行的阻力相差很小。說明SWATH船在波浪中失速小 ,這一點與單體船有很大不同。</p><p>　　SWATH船的推進效率比單體船高 10%一 50%[3]。主要有兩個原因：一是主體是比較規(guī)則

21、的細長體 ,在尾部螺旋槳處的伴流既均勻又 比較豐滿 ,有助于船身效率的提高;二是螺旋槳沉深比較大 ,可以選用推進效率較高</p><p>　　大直徑低轉(zhuǎn)速螺旋槳。</p><p><b>　　1.3 CFD研究</b></p><p>　　船舶的水動力和所受阻力是船舶性能研究和船型優(yōu)化設(shè)計的重要內(nèi)容之一。以往采用模型試驗研究，雖然可靠，但是設(shè)計

22、周期長，資金投入大，且不便于改進設(shè)計。伴隨著計算機技術(shù)的迅速崛起和發(fā)展，船舶的水動力性能（快速性、適航性、操縱性）是由繞船的流場特性而決定，從理論上講通過求解描述流場特性的流體動力學(xué)方程就能對相應(yīng)的水動力性能做出預(yù)報。然而，由于自由面的存在、船體幾何形狀復(fù)雜（特別是船尾）、附體較多，導(dǎo)致自由面水波、流體分離、漩渦等現(xiàn)象的出現(xiàn)，使得流場中的流動結(jié)構(gòu)很復(fù)雜，即使有了描述流動過程的微分方程式也不可能得到解析解，因此，長期以來船模試驗便成了研究

23、船舶周圍流場特性的一個必不可少的手段。然而，船模試驗不僅周期長、費用高、很難得到詳細的局部流場信息，同時應(yīng)為尺度效應(yīng)，船模實際上并不能真實地再現(xiàn)實船的流動情況，很大的局限性。新的水動力性能預(yù)報手段的引入已十分必要。</p><p>　　計算流體動力學(xué)(Computational Fluid Dynamics，簡稱CFD)是在計算機上求解描述流體運動、傳熱和傳質(zhì)的偏微分方程組，并對上述現(xiàn)象進行過程模擬。用他來進行流

24、體力學(xué)的基礎(chǔ)研究，其主要優(yōu)點是能以較少的費用和較短的時間來獲得大量有價值的研究結(jié)果。隨著計算機技術(shù)的飛速發(fā)展，數(shù)值方法不斷改進，CFD的計算精度不斷提高以至滿足工程實用要求逐漸成為可能，正成為研究船舶水動力性能的一種新的、快速而經(jīng)濟的重要工具。較為成功的應(yīng)用實例是耐波性的計算方程的普及，升力線、升力面理論已取代了螺旋槳圖譜設(shè)計。船舶阻力的CFD計算盡管存在自由表面、高雷諾數(shù)等多種難題，最近30年來通過人們不懈的努力，從勢流理論線性計算到

25、非線性計算，從理想流體到粘性流體，從薄邊界層到全NS方程的求解，直至考慮自由面NS方程的求解，CFD方法在計算能力和實用方面都發(fā)生了深刻的變化。過去只是在大學(xué)和研究所機構(gòu)才有的計算方法，如今已有很多商業(yè)化的CFD軟件可以應(yīng)用。不過，就我國現(xiàn)在的CFD軟件開發(fā)水平和能力而言，借助國外成熟的商業(yè)CFD通用軟件進行船舶的粘性繞流模擬和水動力研究，應(yīng)該是一種比較簡便經(jīng)濟的方法。目前，國</p><p>　　1.4 FLU

26、ENT的簡介</p><p>　　FLUENT是用于計算流體流動和傳熱問題的程序。他提供的非結(jié)構(gòu)網(wǎng)格生成程序，對相對復(fù)雜的幾何結(jié)構(gòu)網(wǎng)格生成非常有效?？梢陨傻木W(wǎng)格包括二維的三角形和四邊形網(wǎng)格;三維的四面體、六面體及混合網(wǎng)格。FLUENT還可以根據(jù)計算結(jié)果調(diào)整網(wǎng)格，這種網(wǎng)絡(luò)的自適應(yīng)能力對于精確求解有較大梯度的流暢很有實際的作用。由于網(wǎng)格自適應(yīng)和調(diào)整只是在需要加密的流動區(qū)域里實施，而非整個流場，因此可以節(jié)約計算時間。

27、[10]</p><p>　　1.4.1程序結(jié)構(gòu)：</p><p>　?。?）GAMBIT–用于建立幾何結(jié)構(gòu)和網(wǎng)格生產(chǎn)</p><p>　　GAMBIT，作為FLUENT的前處理軟件，可以生成用于CFD數(shù)值模擬和計算的網(wǎng)格模型，并且它所生成的網(wǎng)格模型還可以供多種CFD程序或商業(yè)CFD軟件所使用。GAMBIT的主要功能包括三個方面:構(gòu)建幾何模型、劃分網(wǎng)格和設(shè)定定界，其

28、中劃分網(wǎng)格是其最主要的一項功能。它最終將生成可以導(dǎo)入多種CFD程序或商業(yè)CFD軟件的網(wǎng)格模型文件。 在使用GAMBIT進行幾何建模時，對于模型幾何形狀不太復(fù)雜的問題，一般可以直接在GAMBIT中完成幾何建模。但對于復(fù)雜模型的CFD問題，特別是三維問題，GAMBIT不是很有效，所以需要借助專用的CAD軟件來幫助完成幾何建模。GAMBIT可以導(dǎo)入多種類型的CAD軟件或前處理軟件所生成的幾何模型，能夠?qū)氲膸缀文Ｐ臀募愋桶ˋCIS, Pa

29、rasolid, IGES和STEP等格式。GAMBIT具有靈活的幾何模型修正功能，當從接口導(dǎo)入模型時，會自動合并重合的點、線、面，在保證原始幾何精度的基礎(chǔ)上通過虛擬幾何自動縫合小縫隙，這樣既保證了幾何精度，又滿足了網(wǎng)格劃分的需要。</p><p>　　GAMBIT具有較強的網(wǎng)格劃分能力，它提供了多種網(wǎng)格單元，可以根據(jù)用戶的需要生成二維的三角形和四邊形網(wǎng)格，三維的四面體、六面體及混合網(wǎng)格等多種類型的網(wǎng)格，它具有良

30、好的自適應(yīng)功能，可以對網(wǎng)格進行細化與粗化或生成不連續(xù)網(wǎng)格、可變網(wǎng)格和滑移網(wǎng)格。GAMBIT中的Tgrid方法可以在極其復(fù)雜的幾何區(qū)域中劃分出與相鄰區(qū)域網(wǎng)格連續(xù)的完全非結(jié)構(gòu)網(wǎng)格。在GAMBIT中，網(wǎng)格生成以后，還可以對模型進行邊界的設(shè)置，以便為后續(xù)進行CFD模擬時輸入邊界條件。GAMBIT可以生成FLUENT, FDIAP,POLYFLOW等求解器所需要的網(wǎng)格文件。</p><p>　?。?）FLUENT-用于進行

31、流動模擬計算的求解器</p><p>　　FLUENT是用于模擬具有復(fù)雜外形的流體流動以及熱傳導(dǎo)的計算機程序。它提供了完全的網(wǎng)格靈活性，你可以使用非結(jié)構(gòu)網(wǎng)格，例如二維三角形或四邊形網(wǎng)格、三維四面體/六面體/金字塔形網(wǎng)格來解決具有復(fù)雜外形的流動。甚至可以用混合型非結(jié)構(gòu)網(wǎng)格。它允許你根據(jù)解的具體情況對網(wǎng)格進行修改（細化/粗化）。</p><p>　　對于大梯度區(qū)域，如自由剪切層和邊界層，為了非

32、常準確的預(yù)測流動，自適應(yīng)網(wǎng)格是非常有用的。與結(jié)構(gòu)網(wǎng)格和塊結(jié)構(gòu)網(wǎng)格相比，這一特點很明顯地減少了產(chǎn)生“好”網(wǎng)格所需要的時間。對于給定精度，解適應(yīng)細化方法使網(wǎng)格細化方法變得很簡單，并且減少了計算量。其原因在于：網(wǎng)格細化僅限于那些需要更多網(wǎng)格的解域。</p><p>　　FLUENT是用C語言寫的，因此具有很大的靈活性與能力。因此，動態(tài)內(nèi)存分配，高效數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，靈活的解控制都是可能的。除此之外，為了高效的執(zhí)行，交互的控制，

33、以及靈活的適應(yīng)各種機器與操作系統(tǒng)，F(xiàn)LUENT使用client/server結(jié)構(gòu)，因此它允許同時在用戶桌面工作站和強有力的服務(wù)器上分離地運行程序。</p><p>　　在FLUENT中，解的計算與顯示可以通過交互界面，菜單界面來完成。用戶界面是通過Scheme語言及LISP dialect寫就的。高級用戶可以通過寫菜單宏及菜單函數(shù)自定義及優(yōu)化界面。</p><p>　　FLUENT采用非結(jié)

34、構(gòu)網(wǎng)格以縮短產(chǎn)生網(wǎng)格所需要的時間，簡化了幾何外形的模擬以及網(wǎng)格產(chǎn)生過程。和傳統(tǒng)的多塊結(jié)構(gòu)網(wǎng)格相比，它可以模擬具有更為復(fù)雜幾何結(jié)構(gòu)的流場，并且具有使網(wǎng)格適應(yīng)流場的特點。FLUENT也能夠使用適體網(wǎng)格，塊結(jié)構(gòu)網(wǎng)格(比如：FLUENT 4和許多其它的CFD結(jié)算器的網(wǎng)格)。FLUENT可以在2D流動中處理三角形網(wǎng)格和四邊形網(wǎng)格，在3D流動中可以處理四面體網(wǎng)格，六邊形網(wǎng)格，金字塔網(wǎng)格以及楔形網(wǎng)格（或者上述網(wǎng)格的混合）。這種靈活處理網(wǎng)格的特點使我們

35、在選擇網(wǎng)格類型時，可以確定最適合特定應(yīng)用的網(wǎng)格拓撲結(jié)構(gòu)。 </p><p>　　利用FLUENT軟件進行流體的流動和傳熱計算的模擬計算的流程一般是，首先利用GAMBIT進行流動區(qū)域幾何形狀的構(gòu)建、定義邊界類型和生成網(wǎng)格，然后將GAMBIT中的網(wǎng)格文件輸出用于FLUENT求解器計算的格式，在FLUENT 中讀取所輸出的文件并設(shè)置條件對流動區(qū)域進行求解計算，最后對計算的結(jié)果進行后處理。</p><

36、p>　　1.4.2 FLUENT 程序可以求解的問題</p><p>　　FLUENT 可以求解計算二維和三維問題，在計算過程中，網(wǎng)格可以自適應(yīng)調(diào)整。fluent軟件的應(yīng)用范圍非常廣泛，主要范圍如下：</p><p>　　(1)可壓縮與不可壓縮流動問題。</p><p>　　(3)穩(wěn)態(tài)和瞬態(tài)流動問題。</p><p>　　(4)無黏流，

37、層流及湍流問題。 </p><p>　　(5)牛頓流體及非牛頓流體。</p><p>　　(6)導(dǎo)熱與對流換熱耦合問題。</p><p><b>　　(7)輻射換熱。</b></p><p>　　(8)慣性坐標系和非慣性坐標系下的流動問題模擬。 </p><p>　　(9)用Lagrangian

38、軌道模型模擬稀疏相（顆粒，水滴，氣泡等）。</p><p>　　(10)一維風(fēng)扇、熱交換器性能計算。</p><p>　　(11)兩相流問題。</p><p>　　(12)復(fù)雜表面形狀下的自由面流動問題。[11]</p><p>　　1.5本設(shè)計的主要研究內(nèi)容</p><p>　　本設(shè)計主要是利用FLUENT軟件， 用

39、GAMBIT建模設(shè)置計算域畫網(wǎng)格，最終msh格式導(dǎo)出。通過FLUENT計算船體阻力。</p><p><b>　　2. 基本理論</b></p><p>　　2.1 FLUENT基本思路</p><p>　　利用GAMBIT產(chǎn)生所需的幾何結(jié)構(gòu)以及網(wǎng)格，也可以在已知邊界網(wǎng)格中用Tgrid產(chǎn)生三角網(wǎng)格，四面體網(wǎng)格或者混合網(wǎng)格，也可能用其他軟件產(chǎn)生F

40、LUENT所需要的網(wǎng)格，將網(wǎng)格讀入FLUENT，使用解算器進行計算，其中包括，邊界條件的設(shè)定，流體物性的設(shè)定，解的執(zhí)行，網(wǎng)格的優(yōu)化，結(jié)果的查看與后處理。</p><p>　　a.解決問題的步驟：</p><p>　　b．創(chuàng)建網(wǎng)格. </p><p>　　c．運行合適的解算器：2D、3D、2DDP、3DDP。</p><p><b&g

41、t;　　d．輸入網(wǎng)格</b></p><p><b>　　e．檢查網(wǎng)格</b></p><p><b>　　f．選擇解的格式</b></p><p>　　g．選擇需要解的基本方程：層流還是湍流（無粘）、化學(xué)組分還是化學(xué)反應(yīng)、熱傳導(dǎo)模型等</p><p>　　h．確定所需要的附加模型：風(fēng)扇

42、，熱交換，多孔介質(zhì)等。</p><p>　　i．指定材料物理性質(zhì)</p><p><b>　　j．指定邊界條件 </b></p><p>　　k．調(diào)節(jié)解的控制參數(shù)</p><p><b>　　l．初始化流場</b></p><p><b>　　m．計算解</b

43、></p><p><b>　　n．檢查結(jié)果</b></p><p><b>　　o．保存結(jié)果 </b></p><p>　　p．必要的話，細化網(wǎng)格，改變數(shù)值和物理模型。</p><p>　　第一步需要幾何結(jié)構(gòu)的模型以及網(wǎng)格生成。你可以使用GAMBIT或者一個分離的CAD系統(tǒng)產(chǎn)生幾何結(jié)構(gòu)模型及

44、網(wǎng)格。也可以用Tgrid從已有的面網(wǎng)格中產(chǎn)生體網(wǎng)格。你也可以從相關(guān)的CAD軟件包生成體網(wǎng)格，然后讀入到Tgrid或者FLUENT</p><p>　　表2-1： FLUENT菜單概述</p><p>　　2.2 FLUENT分析流程</p><p>　　當你決定使FLUENT解決某一問題時，首先要考慮如下幾點問題： 定義模型目標：從CFD模型中需要得到什么樣的結(jié)果？

45、從模型中需要得到什么樣的精度；選擇計算模型：你將如何隔絕所需要模擬的物理系統(tǒng)，計算區(qū)域的起點和終點是什么？在模型的邊界處使用什么樣的邊界條件？二維問題還是三維問題？什么樣的網(wǎng)格拓撲結(jié)構(gòu)適合解決問題？物理模型的選取：無粘，層流還湍流？定常還是非定常？可壓流還是不可壓流？是否需要應(yīng)用其它的物理模型？確定解的程序：問題可否簡化？是否使用缺省的解的格式與參數(shù)值？采用哪種解格式可以加速收斂？使用多重網(wǎng)格計算機的內(nèi)存是否夠用？得到收斂解需要多久的時

46、間？在使用CFD分析之前詳細考慮這些問題，對你的模擬來說是很有意義的。當你計劃一個CFD工程時，請利用提供給FLUENT使用者的技術(shù)支持[12]。</p><p>　　在建立控制方程組后，可將其離散成線性代數(shù)方程組進行求解。為了構(gòu)造定解問題，必須知道相關(guān)變量的邊界條件。最常見的邊界條件有兩大類:</p><p>　　用前處理器GAMBIT建立模型，用FLUENT求解器進行模擬和求解一般遵循

47、下面的基本步驟:</p><p>　　(1)在GAMBIT中構(gòu)建幾何模型或者導(dǎo)入其它CAD軟件生成的幾何模型。</p><p>　　(2)在GAMBIT中劃分網(wǎng)格，建立網(wǎng)格模型。</p><p>　　(3)在GAMBIT中指定網(wǎng)格模型的邊界類型和區(qū)域類型，然后導(dǎo)出用于FLUENT求解器模擬計算的文件類型。</p><p>　　(4)啟動FLU

48、ENT求解器，導(dǎo)入GAMBIT生成的網(wǎng)格模型并檢查模型的網(wǎng)格是否存在問題。</p><p>　　(5)選擇運行環(huán)境，確定求解基本方程，即是否考慮粘性，是否存在多相流，是否考慮熱交換等問題。</p><p>　　(6)選擇材料和設(shè)定材料相關(guān)物理特性，包括材料的密度、動力粘性系數(shù)等。</p><p>　　(7)根據(jù)模擬要求設(shè)定邊界條件，也可以根據(jù)需要對使用GAMBIT時

49、定義過的模型邊界類型進行修改。</p><p>　　(8)根據(jù)計算要求設(shè)定求解的有關(guān)設(shè)置，包括算法的選擇、差值格式的確定、控制參數(shù)的設(shè)置等等。</p><p>　　(9)對流場進行初始化，確定計算起始位置，準備計算。</p><p>　　(10)設(shè)置相關(guān)信息的監(jiān)控，如殘差圖和物體固面受力報告圖等，進行求解計算。</p><p>　　(11)顯

50、示檢查求解結(jié)果。如果流場中的所有單元在一個指定的容差范圍內(nèi)都遵守給定的離散守恒方程，繼續(xù)迭代時結(jié)果不再發(fā)生明顯變化，所有的指標都達到要求，那么就可以認為計算結(jié)果達到了所需要的收斂要求。</p><p>　　(12)保存求解結(jié)果，進行后處理。</p><p>　　(13)如果必要，還可以修改網(wǎng)格或計算模型，重復(fù)上述過程，進行重新計算。</p><p><b>

51、;　　2.3邊界條件</b></p><p>　　第一類邊界條件，即Dirichlet條件，描述的是計算區(qū)域的邊界或部分邊界上變量的值。即:</p><p><b>　　，在邊界上</b></p><p>　　式中，表示某物理量在邊界上的數(shù)值。</p><p>　　第二類邊界條件，即Neumann條件，描述的

52、是邊界上變量梯度的法向分量值。即:</p><p><b>　　，在邊界上。</b></p><p>　　式中，表示物面的單位外法向矢量,表示給定的在邊界上的法向分量。</p><p>　　對于船舶粘性繞流來說，初始條件和邊界條件如下:</p><p>　　(1) 入口邊界條件。入口邊界要取在離船首足夠遠的地方才能反映流

53、動的真實情況。入口處的邊界條件屬于Dirichlet邊界條件:入口處的速度是預(yù)先給定的，一般是均勻來流條件，如果均勻來流速度為，則:</p><p>　?。ü?2.1 ） </p><p>　　湍動能k和湍流耗散率也是預(yù)先給定的，一般是根據(jù)實驗數(shù)據(jù)得出，或通過有關(guān)估算公式給出。</p><p>　　(2) 出口邊界條件。出口邊界要取在距離船尾足夠遠

54、的地方以消除回流等對流場計算有影響的現(xiàn)象。在出口處，所有變量都滿足Neumann條件。出口處的速度分量由上游推演得到的。在高雷諾數(shù)情況下，下游的湍動能k和湍流耗散率取零梯度。即:</p><p>　?。ü?2.2 ） </p><p>　　(3) 對稱邊界條件。在對稱面上，沒有質(zhì)量、熱量等物理量的交換，因此對稱面上的法向速度為零，即:</p>&

55、lt;p>　?。ü?2.3 ） </p><p>　　式中，表示對稱平面的單位法向矢量。</p><p>　　這里，對稱面在船體的中縱剖面上，因此對稱邊界條件為:</p><p>　　在對稱面上，k, 的法向梯度也為零，即:</p><p>　　，

56、 （公式 2.4 ）</p><p>　　(4) 固壁邊界條件。對于粘性流體來說，如果不考慮界面上的表面張力，由于流體的粘性，在界面上流體的速度和固體邊界的速度相等。即，在流體與固體的交界面處流體與固體無相對滑移。</p><p>　　在固體邊界處，如果固體邊界的速度為，則流動的固壁邊界條件為: </p><p>　?。ü?2.5 ）<

57、/p><p><b>　　稱之為無滑移條件。</b></p><p>　　在這里，固體邊界是靜止不動的，即=0 (0,0,0)，在壁面上，速度和湍動能k滿足無滑移(no-slip)的邊界條件: </p><p>　?。ü?2.6 ）</p><p>　　在靠近固壁面的區(qū)域，湍動能k被強烈地耗減，耗散率達到最大值。在壁面上

58、耗散率不為零，不能顯式給出耗散率條件。</p><p>　　2.4 SIMPLE算法</p><p>　　流場計算的基本過程是在空間上用有限體積法或類似方法將計算域離散成許多小的體積單元，在每個體積單元上對離散后的控制方程組進行求解。流場計算方法的本質(zhì)是對離散后的控制方程組的求解。目前，流場計算的算法主要有SIMPLE ( Semi-Implicit Method Pressure-Li

59、nked Equations)算法、SIMPLER ( SIMPLE Revised)算法、SIMPLEC ( SIMPLE Consistent)算法、PISO ( Pressure Implicit with Splitting of Operators)算法。</p><p>　　SIMPLE算法，即:求解壓力禍合方程組的半隱式方法。該方法由Patankar與Spalding于1972年提出，是一種主要用于

60、求解不可壓流場的數(shù)值方法，也可用于求解可壓流動。它的核心是采用“猜測一修正”的過程，在交錯網(wǎng)格的基礎(chǔ)上來計算壓力場，從而達到求解動量方程—Navier-Stokes方程的目的。SIMPLE方法的基本思想是:對于給定的壓力場(它可以是假定的值或者是上一次迭代計算所得到的結(jié)果)，求解離散形式的動量方程，得出速度場。因為壓力場是假定的或不精確的，由此得到的速度場一般是不滿足連續(xù)方程的，因此，必須對給定的壓力場加以修正。修正的原則是:與修正后的

61、壓力場相對應(yīng)的速度場能滿足這一迭代層次上的連續(xù)方程。據(jù)此原則，我們把由動量方程的離散形式所規(guī)定的壓力與速度的關(guān)系代入連續(xù)方程的離散形式，從而得到壓力修正項，由壓力修正方程得出壓力修正值。接著根據(jù)修正后的壓力場，求解的新的速度場。然后檢查速度場是否收斂，若不收斂，用修正后的壓力值作為給定的壓力場，開始下一層次的計算，如此反復(fù)，直到獲得收斂的解。</p><p>　　2. 5網(wǎng)格生成技術(shù)</p><

62、;p>　　網(wǎng)格劃分是建立計算模型中很重要的一部分，網(wǎng)格劃分的好壞不僅決定了能否得到正確的數(shù)值解，還決定了求解時間的長短。需要在建好流體控制域后，才可以進行網(wǎng)格劃分。劃分網(wǎng)格是建立計算模型中難度最大的部分。在GAMBIT中，網(wǎng)格分為結(jié)構(gòu)和非結(jié)構(gòu)網(wǎng)格兩大類，網(wǎng)格生成提供了多種技術(shù)，讓用戶可以使用結(jié)構(gòu)網(wǎng)格和非結(jié)構(gòu)網(wǎng)格(包括三角形、四邊形、四面體、六面體、金字塔形網(wǎng)格等)來解決具有復(fù)雜外形的流動問題，甚至可以使用混合型非結(jié)構(gòu)網(wǎng)格。其中，由

63、于非結(jié)構(gòu)網(wǎng)格有著極好的自適應(yīng)性，所以對于具有復(fù)雜邊界的流場計算問題，采用非結(jié)構(gòu)網(wǎng)格是非常有效的，一般是通過專門的程序或軟件來生成的。網(wǎng)格區(qū)域分為單連域和多連域。繞流流動問題都屬于多連域問題。本文中涉及到的船體繞流，是典型的多連域問題。由于船模線型比較復(fù)雜，導(dǎo)致計算模型的邊界復(fù)雜，故采用了非結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格。</p><p>　　非結(jié)構(gòu)網(wǎng)格技術(shù)“是在上個世紀80年代末90年代初得到迅速發(fā)展的。非結(jié)構(gòu)網(wǎng)格的基本思想是基于如

64、下假設(shè):四面體是實三維空間最簡單的形狀，任何空間區(qū)域都可以被四面體單元所填充，即:任何空間區(qū)域都可以被以四面體為單元的網(wǎng)格所劃分。非結(jié)構(gòu)網(wǎng)格由三角形(二維)或四面體(三維)網(wǎng)格單元組成。非結(jié)構(gòu)網(wǎng)格舍去了網(wǎng)格節(jié)點的結(jié)構(gòu)性限制，易于控制網(wǎng)格單元的大小、形狀，即網(wǎng)格點的位置，因此比結(jié)構(gòu)網(wǎng)格更靈活，對復(fù)雜外形的適應(yīng)能力非常強;對于結(jié)構(gòu)網(wǎng)格，在計算域內(nèi)網(wǎng)格線和網(wǎng)格面應(yīng)保持連續(xù)，并正交于物體邊界和相鄰的網(wǎng)格線和面，而非結(jié)構(gòu)網(wǎng)格沒有此限制;且其網(wǎng)格中

65、一個點周圍的點數(shù)和單元數(shù)都不是固定的，因而可以方便地作自適應(yīng)計算，合理分布網(wǎng)格疏密，提高計算精度。同時，非結(jié)構(gòu)網(wǎng)格也存在著內(nèi)存要求大、流場計算需要更多CPU時間、不易應(yīng)用多重網(wǎng)格技術(shù)等缺點。結(jié)構(gòu)和非結(jié)構(gòu)網(wǎng)格互補的優(yōu)缺點推動了結(jié)構(gòu)/非結(jié)構(gòu)雜交網(wǎng)格的出現(xiàn)。生成非結(jié)構(gòu)網(wǎng)格的方法可歸結(jié)為兩大類，即Delaunay三角化法和推進陣面法。</p><p>　　網(wǎng)格的合理布置和適當加密對于提高計算精度和分辨局部流動細節(jié)至關(guān)重要

66、，網(wǎng)格生成的好壞將直接影響到模擬和計算結(jié)果的優(yōu)劣。生成網(wǎng)格一般要遵循下面的幾點原則:</p><p>　　(1)網(wǎng)格離散盡量簡單，生成的網(wǎng)格要便于組成高效、節(jié)約的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)這樣可以方便計算。</p><p>　　(2)網(wǎng)格線盡量正交，曲線盡量光滑，不要過分扭曲。網(wǎng)格線要與流動方向一致，有利于減少假擴散誤差;若事先不能知道流動方向，那么在計算時應(yīng)根據(jù)實際流動更新網(wǎng)格，使之滿足要求。</p

67、><p>　　(3)網(wǎng)格離散盡量貼體。只要網(wǎng)格節(jié)點不貼在物體表面上，物面邊界條件便要使用插值方法而產(chǎn)生誤差，流場內(nèi)各點參數(shù)值都依賴于邊界參數(shù)值，故相應(yīng)都有了誤差。當物面參數(shù)變化劇烈，或流動參數(shù)對物面形狀很敏感時，引起的誤差將會很大。</p><p>　　(4)網(wǎng)格分布稀疏合理，過渡自然。</p><p>　　3雙體船實船數(shù)值模擬</p><p>

68、<b>　　3.1引言：</b></p><p>　　船船舶在靜水中運動時，必然會受到一個相反與運動方向的阻力，我們稱之為船舶阻力，它包括水和空氣的反作用力。由于水的粘性作用，邊界層在船尾部的排擠厚度大，從而使船體前后部分存在壓力差，同時，在船體曲率驟變的地方，特別是船尾處，水的粘性作用會產(chǎn)生旋渦，從而也改變了船體表面的壓力分布情況，這兩部分壓力分布的變化，合起來便形成一個首尾壓力差，稱為粘

69、壓阻力。在考慮自由表面的情況下，船在靜水中運動的過程中將興起波浪，波浪的產(chǎn)生，將改變船體表面的壓力分布情況，在船首部的波峰使船首部壓力增加，而在船尾部的波谷使船尾部的壓力降低，于是產(chǎn)生了首尾流體動壓力差，進而產(chǎn)生了興波阻力。</p><p>　　當船舶在不同的海域，以不同的速度航行時，其阻力也不同，當船舶航速V較小時，船體興波作用較小，由于水的粘性作用產(chǎn)生的粘性阻力，特別是摩擦阻力，占總阻力的絕大部分，而興波阻力

70、成分只占很小的比例。當船體航速V較大時，其興波作用將十分顯著，興波阻力將占總阻力的很大比例，此時船波相當復(fù)雜，使得興波干擾情況也比較復(fù)雜，其中可能是使興波阻力減小的有利干擾，也可能是使興波阻力增加的不利干擾。此時就無法精確的計算出船舶的阻力。</p><p>　　FLUENT作為一種新興的手段，正是可以通過數(shù)值計算來準確模擬流場，預(yù)報船體阻力的數(shù)值，才會在國內(nèi)外都得到廣泛的研發(fā)和應(yīng)用，將對船舶的水動力研究和船型優(yōu)

71、化設(shè)計具有重大實際意義。</p><p>　　本設(shè)計采用FLUENT遵循以下步驟，來計算某速度下漁船的阻力值。首先，在GAMBIT中構(gòu)建幾何模型或者導(dǎo)入其它CAD軟件生成的幾何模型。劃分網(wǎng)格，建立網(wǎng)格模型，指定網(wǎng)格模型的邊界類型和區(qū)域類型，然后導(dǎo)出用于FLUENT求解器模擬計算的文件類型。啟動FLUENT求解器，導(dǎo)入GAMBIT生成的網(wǎng)格模型并檢查模型的網(wǎng)格是否存在問題。選擇運行環(huán)境，確定求解基本方程，即是否考慮

72、粘性，是否存在多相流，是否考慮熱交換等問題。選擇材料和設(shè)定材料相關(guān)物理特性，包括材料的密度、動力粘性系數(shù)等。根據(jù)模擬要求設(shè)定邊界條件，也可以根據(jù)需要對使用GAMBIT時定義過的模型邊界類型進行修改。根據(jù)計算要求設(shè)定求解的有關(guān)設(shè)置，包括算法的選擇、差值格式的確定、控制參數(shù)的設(shè)置等等。對流場進行初始化，確定計算起始位置，準備計算。設(shè)置相關(guān)信息的監(jiān)控，如殘差圖和物體固面受力報告圖等，進行求解計算。顯示檢查求解結(jié)果。如果流場中的所有單元在一個指

73、定的容差范圍內(nèi)都遵守給定的離散守恒方程，繼續(xù)迭代時結(jié)果不再發(fā)生明顯變化，所有的指標都達到要求，那么就可以認為計算結(jié)果達到了所需要的收斂要求。保存求解結(jié)果，進行后處理。如果必要，還可以修改網(wǎng)格</p><p>　　本章主要是對按試驗油船船模進行流場模擬和阻力計算。下面將詳細介紹船體模型的建模過程、數(shù)值模擬計算的設(shè)定和對模擬情況與計算結(jié)果的比較分析</p><p>　　3.2計算模型與坐標系&

74、lt;/p><p>　　這次畢業(yè)設(shè)計是一艘雙體船,實船的主要船型參數(shù)如下表所示。</p><p>　　表3-1 實船主要參數(shù)</p><p>　　本設(shè)計才用的是Gambit中曲面生成方法：</p><p>　　根據(jù)修改后的型值，形成x,y,z的點格式，如下：</p><p>　　表3-2修改后的型值表</p>

75、<p>　　用TXT格式直接導(dǎo)入Gambit中，有點生成線，在曲率變化大的地方需要增加點數(shù)目。如下：</p><p>　　圖3-1：GAMBIT中生成的點圖</p><p><b>　　由點生面</b></p><p>　　圖3-2：GAMBIT中生成的線圖</p><p><b>　?。?）由線生

76、面</b></p><p>　　圖3-3：GAMBIT中生成的線圖未鏡像</p><p>　　圖3-4：GAMBIT中生成的線圖鏡像后</p><p><b>　?。?）由面生體圖</b></p><p>　　圖3-5：GAMBIT中生成的體圖</p><p><b>　　3

77、.3計算域</b></p><p>　　計算域：取1/2流場進行計算，整個計算域呈四分之一圓柱，取三個船長的長度；船側(cè)和深度方向各取一個船長。考慮自由液面的影響，所以空氣層的高度為設(shè)計水線高。</p><p>　　由于船的左右對稱性，本設(shè)計取左舷進行計算，取右手坐標系O-XYZ，坐標原點O位于船艉槳軸處，X軸指向船首為正，Z軸垂直向上為正。</p><p&g

78、t;　　計算域的創(chuàng)建按照下面的實例來進行：</p><p>　　(1)：把坐標系統(tǒng)的原點創(chuàng)建在船艉槳軸處</p><p>　　導(dǎo)入的船模與坐標系統(tǒng)會有一些偏差。在這一步，要在坐標系統(tǒng)的原點位置創(chuàng)建一個點，利用這個點來連接船模與坐標系統(tǒng)的原點。做這些工作可以方便以后創(chuàng)建的流體計算域所用到的體積劃分操作</p><p>　　(2)：創(chuàng)建一個流體計算域</p>

79、<p>　　在這個步驟中，創(chuàng)建一個圍繞船模的四分之一圓形，并且移動該四分之一圓形使其中的一個面能在船體的z-x平面上，然后對四分之一圓形和船模進行布爾操作，從而創(chuàng)建了一個流體計算域，下圖為創(chuàng)建的計算域：</p><p>　　圖3-6：船模的計算域</p><p><b>　　3.4網(wǎng)格劃分</b></p><p>　　網(wǎng)格的劃分按

80、照下面的步驟進行：</p><p>　　(1)：分割船模表面</p><p>　　創(chuàng)建一個水平面，將它移到水線處并分割船體表面，做這個面可以克服船殼曲面網(wǎng)格耦合的困難</p><p>　　(2)：改變尺度函數(shù)中的默認的網(wǎng)格厚度</p><p>　　前面已經(jīng)完成了船模和流體計算域的建立，這一步就是要修改尺度函數(shù)中的默認的網(wǎng)格厚度，該值應(yīng)適當改大

81、，從而更好地創(chuàng)建一個高質(zhì)量的網(wǎng)格，在這里把默認值16改為250，</p><p>　　(3)：將尺度函數(shù)運用在船體</p><p>　　在這一步中要在船體處定義一個Curvature類型的尺度函數(shù)，這中類型的函數(shù)對劃分曲度較大的面網(wǎng)格很有用</p><p>　　(4)：船體表面的網(wǎng)格劃分</p><p>　　船體部分采用非結(jié)構(gòu)性的三角形網(wǎng)格，

82、其他部分采用結(jié)構(gòu)四邊形</p><p>　　(5)：設(shè)置邊界層的角度參數(shù)</p><p>　　在對稱面處的船首會形成一個很大的角度，這個角度會給在船體上設(shè)置三維邊界層時帶來很大的不便。為了避免這些不便，可以通過修改控制角度的參數(shù)，修改值應(yīng)盡量比默認值大些，在這里把默認值120改為350，</p><p>　　(6)：邊界層網(wǎng)格的創(chuàng)建</p><p

83、>　　這一步主要是建立邊界層網(wǎng)格，計算流體力學(xué)有個規(guī)定：在劃分網(wǎng)格時，第一層的網(wǎng)格要求足夠密，所以可以通過采用建立邊界層網(wǎng)格的方法來保證</p><p>　　(7)：查看三維邊界層</p><p>　　GAMBIT包含一個函數(shù)可以自動劃分并顯示三維邊界層區(qū)域，因此可以在劃分整個流體計算域之前查看這個區(qū)域的網(wǎng)格</p><p>　　(8)：劃分流體計算域的網(wǎng)格&

84、lt;/p><p>　　劃分流體計算域采用四面體的網(wǎng)格劃分方式。GAMBIT在邊界層上定義了一個網(wǎng)狀尺度函數(shù)，該函數(shù)能使網(wǎng)格從邊界層外表面一直延伸至整個流體計算域</p><p>　　(9)：檢查網(wǎng)格的質(zhì)量</p><p>　　經(jīng)過網(wǎng)格檢查，不存在扭曲的元素，網(wǎng)格質(zhì)量比較好。下圖為GAMBIT中船體網(wǎng)格</p><p>　　圖3-7：GAMBIT

85、中生成的船體網(wǎng)格</p><p>　　圖3-8：GAMBIT中生成的船體網(wǎng)格</p><p>　　圖3-9：GAMBIT中生成的船體網(wǎng)格</p><p>　　在本次設(shè)計當中，所劃分的網(wǎng)格數(shù)量是34萬個。網(wǎng)格劃分越細，網(wǎng)格數(shù)量越多最后計算結(jié)果越精確，不過計算量大。相對本船模來講34萬個網(wǎng)格還比較合理的。</p><p><b>　　3

86、.5 邊界條件</b></p><p>　　本設(shè)計首先在GAMBIT進行邊界條件的初步設(shè)定，然后在FLUENT解算器中再進行具體設(shè)定，在GAMBIT中，從Solver命令中選擇求解器名稱FLUENTS/6，這樣GAMBIT將會提供FLUENT5/6所具有的邊界類型。然后就可以根據(jù)具體情況為計算模型進行合適的邊界條件設(shè)定?？紤]到自由表面問題，將控制域的入口和出口分別分成空氣入口、水入口和空氣出口、水出口

87、。根據(jù)計算模型的坐標可知，來流方向指向X軸負方向，這里研究的船舶繞流視為不可壓縮流動問題，所以將來流的入口設(shè)為速度入口(velocity inlet)，該邊界條件專門用于不可壓流動。在FLUENT中，需給定入口邊界上的速度及其它相關(guān)標量值，本文需要設(shè)定來流速度的大小、方向及湍流參數(shù)等。一般假定在出口處來流未受到船體的擾動影響，從而在出口處也為給定來流的速度分布。但實際上，在控制域出口處的邊界條件是未知的情形，而將控制域出口設(shè)定為自由出流

88、邊界(outflow)。在FLUENT中，該邊界條件不需要給定出口條件，出口條件是通過FLUENT內(nèi)部計算得到的。將船模的中縱剖面所在平面，即控制域的對稱面，設(shè)定為對稱邊界(symmetry)。在對稱</p><p><b>　　3.6 模型設(shè)定 </b></p><p>　　邊界條件設(shè)定完畢后，完整的計算模型就建好了，可以保存相關(guān)文件和導(dǎo)出具有邊界條件設(shè)定的網(wǎng)格模型

89、文件，以便供求解器讀取，進行數(shù)值計算。</p><p>　　打開FLUENT，選擇3d，進入到控制臺窗口，將網(wǎng)格模型文件導(dǎo)入，;然后，對網(wǎng)格質(zhì)量進行檢查，尤其要避免出現(xiàn)負體積網(wǎng)格等問題。在網(wǎng)格符合要求的情況下，就可以開始設(shè)定求解器的工作模式。</p><p>　　因此，本文僅需要直接從FLUENT材料數(shù)據(jù)庫中選用液態(tài)水(water-liquid )，在溫度為20℃時，其密度為998.2kg

90、/m3，動力粘性系數(shù)為0.000103Pa}S，當然也可以根據(jù)需要改變有關(guān)物理參數(shù)。在VOF方案(VOF Scheme)中選擇幾何重構(gòu)(Geo-Reconstruct ) 。設(shè)置運行環(huán)境時要考慮重力和使用默認參考壓力，即標準大氣壓。對邊界條件設(shè)定進行修改和進一步的參數(shù)設(shè)置時，對于本文來說，主要就是設(shè)置入口的來流速度1，湍流參數(shù)為默認值。</p><p>　　3.7 求解設(shè)定與計算</p><p

91、>　　在設(shè)置求解參數(shù)時，本設(shè)計選擇SIMPLE算法進行壓力和速度禍合，全部插值格式為二階迎風(fēng)格式。由于在求解計算過程中，湍流粘度比的值容易超出FLUENT默認的最大值，導(dǎo)致計算無法進行，所以需要將求解限定項中的最大湍流粘度比的值調(diào)大。為了使求解結(jié)果比較精確，將FLUENT中的收斂殘差限調(diào)整到一個較小的值1X。計算中采用了變化的時間步長，每個時間步內(nèi)迭代計算次數(shù)設(shè)定為10次，這有利于節(jié)省計算時間，提高計算的效率。</p>

92、<p>　　到目前為止，商業(yè)CFD軟件FLUENT在船舶繞流模擬中的應(yīng)用還正處于起步階段，因此，在一些模型參數(shù)的設(shè)定上采用的都是FLUENT的默認設(shè)置，而這些默認值是否恰當還有待大量的計算研究分析。完成所有的相關(guān)設(shè)定以后，就可以用入口的流動初始條件初始化整個流場的解和進行求解計算了。在求解計算的過程中，可以通過檢查變量的殘差、統(tǒng)計值、力的收斂趨勢等，如以下圖所示，這些是在FLUENT計算前期的一些邊界條件的設(shè)置和阻力監(jiān)測的

93、圖片，隨時動態(tài)地監(jiān)視計算的收斂性和當前計算結(jié)果。</p><p>　　啟動FLUENT，進入3D模式 </p><p>　　操作：開始-程序-fluent-3d run</p><p>　　讀入3D網(wǎng)格文件sheji.msh 操作file-read-case…</p><p><b>　　網(wǎng)格檢查</b></p&g

94、t;<p>　　操作Grid-check</p><p>　　建立求解模型（保持Solver求解器設(shè)置不變）</p><p>　　操作 Define-Models-Solver..</p><p>　　設(shè)置標準K-湍流模型</p><p>　　操作Define-Models-viscous..</p><p&

95、gt;<b>　　設(shè)置流體的物理屬性</b></p><p>　　操作 Define-Materials..</p><p>　　點擊Fluent Database</p><p><b>　　設(shè)置壓力參考點</b></p><p><b>　　阻力設(shè)置</b></p&g

96、t;<p>　　水線面設(shè)置Surface--Iso-surface </p><p>　　操作在surface of constant欄選擇如下圖</p><p><b>　　設(shè)置邊界條件</b></p><p>　　操作Define-Boundary Conditions.. </p><p>　　設(shè)置冷

97、水口邊界條件：在Zone欄中選擇air in,則在右邊Type欄內(nèi)顯示其類型為Velocity_inlet.</p><p>　　點擊SET…則打開“Velocity Inlet”設(shè)置對話框如下圖</p><p>　　出口設(shè)置邊界條件在Zone欄內(nèi)點擊 water-out 在右邊TYPE欄內(nèi)顯示其類型為outflow到此邊界條件均設(shè)置完成</p><p><b

98、>　　k.求解控制</b></p><p>　　操作Solve-Controls-solution…在Discretization（離散化）下，選擇Momentum(動量、沖量)項的Second Order Upwind;</p><p>　　選擇Turb lence Kinetic Energy(湍流強度)項的Second Order Upwind;其他不變點擊OK，關(guān)

99、閉對話框</p><p><b>　　l.求解</b></p><p>　　操作Solver-Initialize-Initialize…</p><p>　　打開Solution Initialization 如下對話框</p><p>　　存Case文件（guan.cas）</p><p>　

100、　操作File-Write-Case 輸入文件名點擊OK。</p><p>　　開始進行10000次迭代的計算</p><p>　　操作Solver-Iterate 在打開的Iterate對畫框中的Number of Iterations欄內(nèi)輸入10000; 點擊Iterate.</p><p>　　保存data文件sheji.gz操作File-Write-Auts

101、ave</p><p>　　在Data File 一欄填入：sheji.gz點擊OK</p><p><b>　　圖3-10：殘差圖</b></p><p>　　圖3-11：阻力監(jiān)測</p><p>　　3.8計算結(jié)果與分析</p><p>　　在船舶工程研究中，一般應(yīng)用無量綱速度參數(shù)，常用的主要

102、有傅汝德數(shù)和雷諾數(shù)。</p><p><b>　　傅汝德數(shù)的定義為：</b></p><p>　?。ü?3.1 ）</p><p><b>　　式中：——船速，；</b></p><p>　　——船舶水線長或垂線間長，；</p><p>　　——重力加速度， 。</

103、p><p><b>　　雷諾數(shù)的定義為：</b></p><p>　?。ü?3.2 ）</p><p><b>　　式中：——航速，；</b></p><p><b>　　——船長，；</b></p><p>　　——水的運動粘性系數(shù)， 。</p&

104、gt;<p>　　摩擦阻力系數(shù)是根據(jù)1957ITTC公式得出，其公式如下：</p><p>　?。ü?3.3 ）</p><p>　　粗糙度補貼系數(shù)按照一下公式計算：</p><p>　?。ü?3.4 ）</p><p>　　根據(jù)本船主尺度情況，設(shè)計吃水和壓載吃水時相關(guān)補貼（即實船粗糙度補貼）取0.0004.</p

105、><p>　　實船總阻力系數(shù)的取值按照下面公式：</p><p>　?。ü?3.5 ）</p><p>　　實船總阻力按照下面公式計算：</p><p>　　（公式 3.6 ）</p><p>　　式中：——實船總阻力系數(shù)；</p><p><b>　　——海水密度，；</b&

106、gt;</p><p><b>　　——航速，；</b></p><p>　　——船舶濕表面積， </p><p>　　船舶有效功率按下式計算：</p><p>　?。ü?3.7 ）</p><p>　　式中：——實船總阻力，；</p><p><b>　　

107、——航速，；</b></p><p>　　當船長傅汝德數(shù)為0.31時，小水線面雙體船船模的船體周圍自由液面形狀、動壓力分布云圖如下圖所示： </p><p>　　圖3-12：船體表面壓力云圖</p><p>　　圖3-13：船體表面壓力云圖</p><p>　　圖3-14：船體周圍自由液面形狀</p><p&g

108、t;　　圖3-15：船舵處壓力分布云圖</p><p>　　由上圖可以看出，舵機處壓力分布比尾部還要小，根據(jù)流體力學(xué)的原理，水流在螺旋槳處容易形成空泡，導(dǎo)致舵機處水流壓力較小。所以舵機處呈現(xiàn)綠色的一塊區(qū)域。</p><p>　　圖3-16：船舯處壓力分布云圖</p><p>　　相比較前面船艉和舵機處的壓力分布圖，我們可以看處，在船舯處壓力比船艉和舵機處都大，主要是

109、因為在船舯處，當波峰或者波谷在船舯的時候，船舶形成中拱或中垂的狀態(tài)，導(dǎo)致船舯處受力比較大。</p><p>　　圖3-17：船艏處壓力分布云圖</p><p>　　通過上面的這個圖我們可以看處，在船艏處，船舶壓力比船舯和船艉處大的多，那是因為船體表面壓力主要是由水的粘性壓力和動壓力引起的，在船首，由于船舶需要迎波，因此其破波阻力比較大，導(dǎo)致其首部的壓力比較大。由于船舶要迎波航行，船艏的壓力

110、總是高于其它部位的壓力。</p><p>　　圖3-18：船前均勻來流壓力分布云圖</p><p>　　通過圖3-18我們可以看出，在船前來流壓力分布比較均勻，主要是由于在船前，水流的壓力是由自身水壓形成，不受船舶的干擾，所以在圖上，我們看到的是均勻的壓力分布云圖。</p><p>　　圖3-19：船舯剖面壓力分布云圖</p><p>　　圖

111、3-20：1500橫剖面壓力分布云圖</p><p>　　通過上面兩幅船舯剖面和1500橫剖面處的圖，我們可以看出，在船艏的壓力明顯大于其它部位，那是因為船體表面壓力主要是由水的粘性壓力和動壓力引起的，在船首，由于船舶需要迎波，因此其破波阻力比較大，導(dǎo)致其首部的壓力比較大。而船舯的壓力大于船艉，是由于在船舯處，當波峰或者波谷在船舯的時候，船舶形成中拱或中垂的狀態(tài)，導(dǎo)致船舯處受力比較大。在船艉水流在螺旋槳處容易形成

112、空泡，導(dǎo)致舵機處水流壓力較小。</p><p>　　圖3-21：Y=6400壓力分布云圖</p><p>　　上圖是當Y=6400處的壓力分布云圖，從上圖可以看出，水流的壓力在各處是比較均勻的，那是因為在遠離船舶的地方，水流的壓力受船舶的影響很小，幾乎沒有影響，其壓力主要是水壓。所以在圖上我們看到的是均勻分布的壓力云圖。</p><p>　　圖3-22：計算域底部壓

113、力分布云圖</p><p>　　圖3-23：船底處壓力分布云圖</p><p>　　圖3-23是計算域底部壓力分布云圖，通過這幅圖，我們可以看出，在計算域底部，水壓是均勻的分布，其壓力是由于在水流層的高度引起的自身水壓，船舶對其的影響可以忽略。而圖27是船底處的壓力分布圖，從圖中可以看出，船底處的壓力比相應(yīng)液面高度處的壓力小，那是因為在船舶航行的過程中，由于艏傾，尾部螺旋槳不但提供了船舶前