cfd 技术在确定肥大船舶形状因子中的应用研究

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1、NAVALARCHITECTUREANDOCEANENGINEERING船舶与海洋工程2013年第4期(总第96期)CFD技术在确定肥大船舶形状因子中的应用研究王金宝，于海，张越峰，熊小青(708研究所，上海200011)摘要：以CFD为工具，探索了求取肥大船舶形状因子的新途径。通过比较分析，确定了叠模数值模拟方法中影响形状因子的主要因素。在此基础上，采用相同的网格生成方式和计算参数，对VLCC等10型船进行了形状因子计算，并与国外的试验取值进行了比较。将得到的形状因子用于7万t油船和VLCC的航速预报，与实船测试结果非常吻合，表明

2、该方法可以用于确定肥大船舶的形状因子数值。关键词：肥大船舶；形状因子；数值模拟中图分类号：U661．1文献标识码：A文章编号：2095．4069(2013104．0001—05Abstract：UsingCFDasthetool，thisPaDerexploresanewmethodtoobtaintheformfactorsoffu11ships．Themajorinfluencingparametersontheformfactorsusingthedouble．bodynumericalsimulationmethodared

3、eterminedthroughcomparativeanalysis．Basedonthis．theformfactorsof10shiptypesincludingVLCCarecalculatedusingthesamemeshgenerationmethodandcomputationparameters，andarecomparedwiththeforeignexperimentalresults．Theobtainedformfactorsareusedforthespeedpredictionofa70，000toil

4、tankerandagreewellwiththeactualshiptrialresult，whichprovesthatthismethodCallbeusedforpredictingformfactorsoffullships．Keywords：fullship；formfactor；numericalsimulation0引言随着硬件的发展和计算技术的进步，CFD(ComputationalFluidDynamics)技术在船舶的流场模拟、型线优化、性能预报等方面正在发挥越来越大的作用q】。但应用CFD技术预报船舶的形状因

5、子，则是一个新的尝试。作为对船舶二因次换算方法的改进，三因次方法通过形状因子将兴波阻力系数分离后直接换算到实船，而形状因子通过低速模型试验获得，目前为许多研究机构采用。由于现代船舶普遍采用球艏和方艉，通过试验方式获得稳定可靠的形状因子相当困难L4】。一方面，船模试验速度即使再低，也会有兴波；另一方面，当速度很低时，阻力不容易测准。作为一种替代措施，本文探索采用CFD技术，通过叠模计算求得肥大船舶的形状因子。采用叠模计算的最大好处在于，可在真正无波的条件下，求得设计速度附近肥大船舶的形状因子。1采用CFD方法求取形状因子在模型尺度和“

6、碗型”网格拓扑结构下(如图I所示)，分析数值模拟方法中影响形状因子的主要因素，包括速度、离壁距离、湍流模式等。I．I不同速度对形状因子的影响本研究以7万t油船为例，在相同网格下，分析在设计速度附近，形状因子k随傅汝德数变化的规律。k定义为压阻力系数C与摩擦阻力系数C，的比值。图I“碗型”网格拓扑结构第一作者简介：王金宝，男，博士，研究员。1969年生，2007年获得中国舰船研究院流体力学博士学位，现主要从事船舶快速性能研究工作。收稿日期：2013—01—212船舶与海洋工程2013年第4期上表中，Lpp、、T分别为垂线间长、船宽和吃

7、水，对于7万t油船，值的变化规律是：1)随着的增加，k趋于增加；2)k均值与中间下得到的k值基本一致。进一步以11万t油船为例，考察在相同网格下，在设计速度附近，形状因子随变化规律。由表2可见，11万t油船与7万t油船具有相似的规律。由此推论，对于肥大船舶，在设计速度下求得的形状因子具有一定的适用性。表211万t油船形状因子计算1．2不同离壁距离对形状因子的影响以KVLCC2M船为例，考察相同速度下，不同离壁距离／Lpp对形状因子影响，见表3。表3离壁距离对形状因子的影响；~qhy根据经验公式0．172／×)。·求得；式中Re为雷诺

8、数，定义为：Re=Lpp×／v(——速度，m／s；v——运动黏性系数，m／s)。可见离壁距离在一定范围内变化时，形状因子几乎未受影响。1．3不同湍流模式对形状因子的影响仍以KVLCC2M船为例，分析相同速度、相同网格下，不同湍流模式对