水面船自航因子CFD预报研究.pdf

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1、第16卷第7期2012年7月船舶力学JournalofShipMechanicsV01．16No．7Jul．2012文章编号：1007—7294(2012)07川67-07水面船自航因子CFD预报研究戈亮1，顾民2，吴乘胜2，邵建南2(1海军装备部．北京100071；Z中国船舶科学研究中心，江苏无锡214092)摘要：针对水面船CFD标模KCS，进行基于CFD计算，模拟的自航因子预报研究。比拟基于模型试验的水面船自航因子预报，文中开展了船模阻力、螺旋桨模型敞水和船模自航的数值计算／模拟。通过对CFD计算，模拟结果的分析，获得KC

2、S实船的自航因子。CFD计算，模拟及分析的结果(包括：船模阻力，螺旋桨推力、扭矩、效率，实船自航因子等)都与模型试验结果进行了比较，总俸上符合较好。关键词：水面船；自航因子；CFD预报中围分类号：U661．3文献标识码：ACFDpredictionofself-propulsionparametersforasurfaceshipGELiang1，GUMinLWUCheng-shen92，SHA0Jian-nan2(1NavyAmmmentDepart,BeUing100071，China；2ChinaShipScientifi

3、cResearchCenter，Wuxi214082．China)Abstract：CFDpredictionofself-propulsionparametersforsurfaceshipKCSiscarriedout．Numericalcorn-putationofresistanceandwavefortheshipmodelisperformed．Openwaterperformanceforpropellerrood—elKP505iScomputednumerically，Numericaltestsofself-

4、propulsionoftheshipmodelaJlecarriedout．SeⅡ-propulsionparametemaI℃obtainedhyanalyzingtheresultsofCFDsimulation．Theresultsofnumericalsim-ulationandanalysisagreequitewellwiththeexperimentalresultsKeywords：sui{aceship；self-propulsionparameters；CFDprediction1引言近年来．CFD(Com

5、putationalFluidDynamics)技术的快速发展和计算机硬件性能的飞速提高，推动了以CFD技术为核心的虚拟试验技术在相关工业领域中的广泛应用。以当今美国航空航天领域为例，CFD约占飞行器气动设计工作量的70％，而风洞试验仅占30％。在船舶水动力学领域，2004年。由德国HSVA牵头，荷兰MARIN、瑞典SSPA等国际著名水池联合发起了虚拟试验水池VlRTUE(，nleVirtualTankUtilityinEurope)计划，拟合作开发一套可靠的船舶水动力性能数值模拟技术，即虚拟水池技术，以极大提高欧洲船舶制造和船

6、舶设计竞争力，增强欧洲水动力学服务供应机构提供服务的范围和质量以及其研发能力。国内船舶水动力学领域对于虚拟水池试验技术也十分关注，相关研究机构开展了大量的研究工作，在很多方面都取得了相当的进展。其中现阶段以船舶快速性虚揿水池试验技术受到的关注最多．发展也相对成熟。船舶快速性三大试验中：船模阻力数值计算精度满足工程要求

7、lJ．已在船舶设计优化中得到应用；螺旋桨敞水水动力数值预报也达到了相当高的工程实用精度嘲，并获得了较多的工程化应用；收稿日期：2012加5—07作者简介：戈亮(1978-)。男，哈尔滨工程大学船舶工程学院博士研究生

8、；顾民(1962一)，男，中国船舶科学研究中心研究员。768船舶力学第16卷第7期船模自航数值模拟技术也取得了较大进展I划。由此可见，基于CFD的船舶快速性能预报所需的必要条件已基本具备，而自航因子的预报则是船舶航速／功率性能预报的重要环节。由于水面船自航模拟的难度和计算量都很大，对于自航因子的CFD预报，国际上目前使用较多的是RANS／势流混合方法嘲：在自航数值模拟中，采用体积力代替螺旋桨，将计算得到的流场作为输入，采用升力线(面)等势流方法计算螺旋桨的推力、扭矩；如此反复迭代得到自航点及自航因子。本文采用类似于模型试验的等车

9、速变转速的方法，针对国际通用的标准船模KCS，进行自航因子的CFD分析、预报，并与模型试验结果161进行了比较，总体上符合较好。本文的研究工作，为基于CFD的船舶快速性能(航速／功率)预报铺平了道路。2数学模型及控制方程在本文中的水面船自由面绕流问题的数值模拟中