fluent算例 船舶航行.doc

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1、CFD计算基础课程homeworkfluent目录一、问题描述1二、建立模型22.1创建船体附近流域22.2确定边界条件，4三、用fluent进行求解计算43.1导入并检查网格43.2设置求解器参数53.3设置流体属性，选定空气和水63.4设置基本项和第一相63.5设置操作环境63.6设置边界条件63.7设置求解方法73.8流场初始化73.9定义初始空气区域83.10查看船体的初始湿面积83.11设置残差监视器以及升、阻力监视器83.12求解计算83.13升力报告103.14计算成果图10四、第一次调整水线12五、根据水线调整进行第二次建模13六、对二

2、次模型进行计算求解136.1升力报告136.2计算成果图136.3计算结果分析15七、第二次调整水线15八、根据水线调整进行第三次建模16九、对三次模型进行求解计算16一、问题描述一艘假想船，设船体高H=2m，船底长L=10m，船艏与水平线夹角α=45º；船头装有a=1m的压浪板，压浪板和水线的夹角为β=30º。见图1.1。若船体单位宽度上重为G=mg=17.5*103*9.81kg并以速度V=18km/h=5m/s均速行驶在平静的河水里，试研究此船舶的行驶过程和行驶阻力。见图1.1分析（1）这应该是一个三维流动问题，为简化计算，采用二维模型。即假设船

3、体无限宽，忽略船体侧面对流动的影响。（2）这是一个紊流流动问题，由于船体结构较复杂，必然引起紊流流动。（3）这是一个气、液两相流问题，船体上部为空气，下部为水。船舶在航行过程中必然引起水与空气之间的相互作用，并产生波浪。（4）在仿真计算过程中，气液交界面的变化是一个逐渐趋于稳定状态的过程，故应该采用非稳定的计算方法。（5）在船舶行驶过程中会对船体产生动升力，必然会引起船体的上下运动，并且影响船体的行驶阻力。（6）船舶行驶过程中，在铅直方向有水的静浮力Ff和动升力Fd，由力的平衡可得，二者之和应等于船舶质量G。假设静浮力Ff为船舶质量的60%，即Ff=λ

4、G,λ=0.6，由于浮力等于船舶排开水的质量，故有λG=ρgLh+12h2h=L2+2λGρg-L=102+2×0.6×17500×9.81998.2×9.81-10=1.0m得到初始水线为h=1.0m。假设船舶行驶过程中的静浮力不变，若计算得到船体动升力为Fd=1-λG=0.4G，则船舶处于平衡状态，计算结束。（1）流动区域的设置。见图1.2a)设水线下水深为L，水下边界为固壁。b)水线上面流域为2L高，初始为空气。c)船舶前面流域沿流动方向长为3L。d)船舶后部流域沿流动方向距离为5L。e)船舶附近设置一个较小区域，便于对船体附近网格加密，以及改变

5、水线后的建模。图1.2一、建立模型2.1创建船体附近流域导入关键点，连接各点创建线，将船体和压浪板向下移动1.0m(初始水线为1.0m)，根据线创建面，创建网格，先创建线网格点分布，之后用map创建面网格，创建外围流域点、线、面及网格，网格创建方式类似于内部流域，但为了减少计算量，外围流域按一定比例逐渐变稀，在网格划分过程中我们共尝试采取三种网格布置，第一种网格布置（见图2.1）网格划分过密，计算量过大，计算耗时过长；第二种网格布置（见图2.2）网格划分过稀，计算结果难以收敛；综合各方面因素，最终采取第三种网格布置（见图2.3），既能保证计算精度，又相

6、对耗时较短。图2.1图2.2图2.32.2确定边界条件，见图2.4图2.4Gambit导出mesh文件命名为ship2d1.msh。退出并保存session。一、用fluent进行求解计算3.1导入并检查网格见图3.1图3.13.2设置求解器参数见图3.2、3.3选择VOF两相流计算模型，选择k-epsilon紊流模型。图3.2图3.33.3设置流体属性，选定空气和水见图3.4图3.43.4设置基本项和第一相基本相是水（water），第一相是空气（air），见图3.5图3.53.5设置操作环境重力加速度9.81m/s2，方向向下，操作环境密度1.225

7、kg/m3，见图3.6图3.63.6设置边界条件将空气入流（inlet-air）和水入流（inlet-water）的入流速度（velocity-inlet）均设为5m/s，以及流域底部（bottom）的边界条件设为移动墙（movingwall），速度为5m/s。3.7设置求解方法见图3.7图3.73.8流场初始化见图3.8图3.83.9定义初始空气区域见图3.9图3.93.10查看船体的初始湿面积见图3.10图3.10软件默认船体宽为1，所以初始时刻船体的湿面积计算方法：A0=L+h+2h×1=10+1+2×1×1=12.4143.11设置残差监视器以

8、及升、阻力监视器3.12求解计算首先进行500个时间间隔的迭代计算，每个时间间隔为0.001秒