船舶cfd研究现状

《船舶cfd研究现状》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在工程资料-天天文库。

1、1而言船舶的水动力性能（快速性、适航性、操纵性）是曲绕船的流场特性而决定，从理论上讲通过求解描述流场特性的流体动力学方程就能对相应的水动力性能做出预报。然而，由于自由面的存在、船体儿何形状复杂（特别是船尾）、附体较多，导致自由而水波、流体分离、旋涡等现彖的岀现，使得流场屮的流动结构很复杂，即使有了描述流动过程的微分方程式也不可能得到解析解，因此，长期以來船模试验便成了研究船舶周围流场特性的一个必不口J少的手段。然而，船模试验不仅周期长、费用高、很难得到详细的局部流场信息，同时因为尺度效应，船模实际上并不能真实地再现实船的流动情

2、况，存在很大的局限性。新的水动力性能预报手段的引入己十分必要。计算流体力学（ComputationalFluidDynamics）是在计算机上求解描述流体运动、传热和传质的偏微分方程组，并对上述现象进行过程模拟。用它来进行流体动力学的基础研究，其主要优点是能以较少的费用和较短的时间來获得大量有价值的研究结果。随着计算机技术的飞速发展，数值方法不断改进，CFD的计算精度不断提高以至满足工程实用要求逐渐成为可能，正成为研究船舶水动力性能的一种新的、快速而经济的重要工具。较为成功的应用实例是耐波性的计算程序的普及，升力线、升力面理论

3、已取代了螺旋桨图谱设计。船舶阻力的CFD计算尽管存在口由表面、高雷诺数等多种难题，但近30年來通过人们不懈的努力,从势流理论线性计算到非线性计算，从理想流体到粘性流体，从薄边界层到全NS方程的求解，直至考虑自由而的NS方程的求解，CFD方法在计算能力和实用方面都发生了深刻的变化。过去只是在大学和研究机构才有的计算方法，如今已有很多商业化的CFD软件可以应用。2CFD技术在舰船总体性能设计与试验相比的优势目前在船舶水动力研究上，CFD技术与试验互补，与试验结合，对试验提供辅助，使试验功能强化，由CFD技术获丁•取试验无法观察或难

4、以观察到的流动信息或性能信息。CFD技术与试验一起，成为舰船设计师获取总体水动力性能的途径。此外，科学地运用CFD技术，述可以改变整个舰船总体性能设计模式和流程。2.1与试验相比CFD数值模拟技术的优势与试验验证相比，CFD数值模拟技术具有如下特点:信息量大，成本低，易并行化、能快速响应。这使得CFD数值模拟技术在下述方而具有优势：(1)依靠CFD数值模拟，可以在一定的流动空间范围内给出流场的定量计算结果，便于分析各种流动参数(如Fn数、Re数和流体的物性等)以及几何构造对流动规律的影响，对舰船总体水动力性能实现广参数(较多的

5、参数种类、较宽的参数范围)考察。(2)可快捷地实现多方案选优。⑶一体化模拟多部件的组件内外流统一流场，针对如船体螺旋桨(含泵喷、喷推、导管桨等)/舵/附体等对象物，总体上把握整个组件的整体特性，同部上把握各部件口身的整体特性和Z间的和互干扰和影响作用，避免了分立地进行部件试验模拟的片面性。(4)采用全尺度几何模型，在真实物理、几何尺度上计算求解，避免了在水池试验模拟时模型缩尺比带來的长期困扰人们的尺度效应问题。(5)CFD技术在细观机理考察上，冇明显优势。为提高设计方案的性能，船舶科研人员积极探索新技术措施。科研人员利用CFD

6、I具，实现细观观察，取得对新技术措施何以提高性能的机理性理解，方能减少盲目性，能动地改进工作。(6)与试验结果数据库技术相比，CFD数值模拟技术能适用于开发新船型和特殊船型，在新概念船型、开发上有明显优势。本文的研究是基于CFD技术对多方案的新型高耐波性单体复合船型的静水阻力进行粘性计算，通过对计算结果的后处理、流场分析，探寻高耐波性单体复合船型的快速性优化方法，最终是为提供儿个较选的方案用于模型试验，基于CFD技术的计算不能完全取代模型试验，但它可以为模型试验捉供指导和辅助，使模型试验在船型优化、方案优选的过程中效率更高。2

7、.2应用于舰船总体性能设计的舰船CFD技术的口标应用服务于舰船总体性能设计的舰船CFD的远期目标是:特定外部环境作用下，桨、舵、鳍等（固定/活动）附件一定工作状态下，舰船自身操纵（耐波）运动屮，船舶的航行性能问题的虚拟演示/数值预报。从舰船总体性能的角度和从CFD技术的角度，这一总目标可分解为下述诸多方面：（1）迭模（水下）-＞考虑船波影响（水面）；（2）简单流动-复杂流动（涡脱落、流动分离、空泡）；（3）对象简单、常规、单一-复杂、特殊、多组件、动静组合；（4）敞水-＞自航（船身/附体/桨/舵）；（5）模型尺度（中雷诺数）一

8、＞实尺度（高雷诺数）；（6）单一的内或外部流动一＞内、外部流动组合一体化；（7）定常现彖-非定常现彖；（8）静水状态一＞外部坏境（风、浪、流，窄、浅水域，多船体干扰）条件下的船体响应（船身受力、船身姿态、航行性能）；（9）船体自身匀速直线运动一＞操纵运动（斜航、回转、漂移，顶