基于动网格的船舶及其附体阻力预报研究

来源 :哈尔滨工程大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:eric_vl
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船舶附体是在不改变已有船型的基础上,改善船体周围流场最简便可行的方法之一。船舶附体通常尺度较小,安装方便,但却能在提高船舶的快速性和操纵性方面起到很大的作用,对于高速船型有很好的应用价值。得益于计算流体力学中网格生成技术,尤其是动网格技术的大力发展,工程中许多动边界的问题得以解决。本文主要利用变形网格和重叠网格两种动网格技术,解决船舶领域中各类附体 CFD数值模拟中的动边界问题。  对于固定式附体,针对不同的船舶,通常需要计算不同几何参数下的水动力值,对附体进行优选设计。传统的选型计算思想是,计算完一套几何模型之后,对模型进行修改,将修改后的模型重新划分网格,重新初始化,进行相应的计算。即,一个几何参数工况,一个计算例。本文提出利用变形网格法对固定附体进行选型设计。变形网格法的思想是,在对附体某特征几何参数计算后得到的既有流场环境下,直接利用边界的变形对该几何参数进行更改。即,该航速下不同几何参数工况,一个计算例。本文针对船舶固定附体的常用特征参数,提出了拉伸变形、斜率变形和旋转变形三种基础变形。这三种变形及其组合变形已可模拟大多数附体特征几何参数的改变。本文通过变高度的阻流板以及变楔角的尾楔型块两个附体算例,对变形网格法在船舶固定式附体选型计算中的应用进行了验证,并与传统计算思想从精度和时间上进行了对比。该方法中,由于变参数后的附体周围已具有一定的流场环境,使得收敛速度大大增加,且整个变参数计算过程无需人工干预节,省了人工成本。在多工况的数值计算中有着非常明显的优势。  对于带有控制系统的主动式船舶附体,需要在船舶航行过程中,根据实际情况对附体主动运动进行控制。本文首先利用变形网格对附体的主动运动进行模拟。以某主动式水翼为例,利用旋转变形对此类通过操纵面偏转来实现其水动力功能的主动附体进行了数值模拟。但是在实际情况中,附体在主动运动的同时还要随船体一起在水中进行六自由度运动。本文采用重叠网格对刚性运动边界的装配体六自由度运动问题进行模拟,并得到了较好的结果。
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