CFD在潜艇外形方案比较中的应用.pdf

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1、第l0卷第4期船舶力学VoI.l0No.42006年8月JournaIofShipMechanicsAug.2006文章编号"l007-7294#2006$04-000l-08CFD在潜艇外形方案比较中的应用张怀新!潘雨村(上海交通大学船舶海洋与建筑工程学院a上海200030)摘要!以水滴型潜艇为母型进行改造,提出了新型椭圆截面和碟形截面的潜艇外形设计O水滴型潜艇的型值选用H大青花鱼"号的简化型值a在船长与排水量不变的条件下通过改变截面形状给出了后两种新艇型的型值a建立了计算模型O采用有限体积法求解不可压缩的雷诺平均(RANS)方程数值模拟了三种艇体周

2、围的粘性流场a通过对三者的粘性绕流和阻力性能的比较a给出了三种方案各自的优缺点O关键词!潜艇选型GRANS方程G船舶阻力G粘性流场计算中图分类号!U66l.3l文献标识码!AApplicationCFDtocomparesubmarinehullformsZHANCHuai-xin!PANYu-cun(SchooIofNavaIArchitecture,oceanandCiviIEngineering,ShanghaiJiaotongUniversity,Shanghai200030,China)Abstract"Finite-voIumemethod

3、soIvingofincompressibIeReynoIds-averagedNavier-Stokes(RANS)e!guationswasusedforthenumericaIsimuIationofthree-dimensionaIviscousfIowaroundsubmarinesinbody-fittedcoordinatesystem.theI-!turbuIencemodeIwasempIoyedtocIosetheRANSeguations.thepressure-veIocitycoupIingwastreatedwithSIMP

4、LECaIgorithm.basedupontheshapeofwater-drop-typesubmarine,twonewsubmarineswitheIIipseanddishingcross-sectionsweredeveIoped.ontheconditionthattheIengthanddispIacementofvesseIsremainunchanged,thehuIIformsofnewsubmarineswerede!signedbychangingtheshapeofcross-sections.withcomparingof

5、theresistanceperformanceofthethreesubmarinesandviscousfIowsaroundthem,theadvantagesanddisadvantagesofthethreetypesofhuIIformsarediscussed.Keywords:submarinehuIIformgshipresistancegRANSeguationgviscousfIowsimuIation1引言潜艇因其具有极强的隐蔽性a作为重要的突击力量而受到各国海军的重视O优化潜艇的水动力性能降低流动噪声一直是船舶工程师追求的目

6、标O粘性流场是水下潜艇运动的基本环境a是潜艇水动力学的首要研究对象a也是研究艇体结构水动力外载荷和水动力噪声的依据和基础O然而船体绕流问题是相当复杂的三维流动a经典流体理论无法在工程中直接应用O长期以来a船舶流体力学工作者主要依靠水池实验来粗略地了解船舶流体性能a但是船模实验耗资巨大a实验周期长a尤其是在初步选型阶段a设计人员需要对一系列方案进行比较a船模实验的弊端显而易见O另外水收稿日期12006-0l-ll基金项目1国家自然科学基金资助项目(l0372059)作者简介1张怀新(l96l-)a女a博士a上海交通大学船舶海洋与建筑工程学院教授a博士生导

7、师O2船舶力学第10卷第4期池实验还受到尺度效应外界干扰等影响研究精度的诸多因素的限制伴随计算机技术的发展应运而生的数值模拟方法不仅为人们提供了研究流动规律的新手段而且已经在航空航天涡轮机叶片设计反应堆冷却空调换热等工程领域得到了广泛应用成为解决工程流动问题提高设计质量缩短设计周期降低设计成本的强有力工具在船舶设计领域也不例外用数值模拟CFD方法求解船体绕流从70年代以来迅速发展起来并已经逐步介入到船舶设计之中目前CFD方法用于船舶尾流粘性流场已有很大进展[l-ll]经过与实验对比证明已能捕捉流场的基本特征多次国际会议的讨论[67]也已经证明了CFD方

8、法的有效性可行性目前对于船舶粘性流动的数值模拟普遍使用的是基于雷诺平均的Navier-Stok