1.2 网格的划分

Chinese Journal of Ship Research - - 罗天等:基于 -

网格的划分是整个数值模拟过程中很重要的一个环节,该过程有很多工作要做,也是最耗时的部分。网格的数量以及网格质量会对计算结果产生很重要的影响,所以在进行网格划分时网格既不能划分得过密,也不能划分得过疏。如果网格过密,一来会增加计算耗时,二来计算的准确性也不会有明显的提高,有时反而会适得其反。而若网格过疏,计算结果的精度程度往往达不到要求。船舶艏艉的曲率变化很大,必须对其进行单独加密,以保证网格质量。同时,开尔文波系对研究船舶的兴波阻力非常重要,所以对靠近船体的4)。区域进行网格加密(图 文中,加密网格一般3分为 个过渡层逐步进行,以保证网格质量。划分网格之前,首先须计算边界层厚度 δ 的,边界层厚度直接关系到近壁面网格的划分情况,对最终计算结果的准确性影响很大。 式中:x为距船艏的距离;L为船长;δ 为边界层厚度;Re为雷诺数;Re ,Re ,Re 为相应的雷诺数。 对于船舶这种“钝体“来说,Rex 的边界层并不是在驻点处从零算起的。所以为了安全起见, 20%~25%,本文设定为一般将 Reδ 设定为 ReL 的20%。得到边界层厚度的经验公式为3 δ = 0.028LRex ( )毛筱菲等[14]认为进流口的边界层对进水流道的性能有一定影响,参考其得出的结论,对边界层7网格进行划分,边界层数设定为 层。

1.3 物理模型的选取

现今对于自由液面的模拟包括标记与单元法(Marker and Cell,MAC)和流体体积法(Volume of Fluid,VOF)法,其中MAC VOF法相比于 法有许多劣势,例如,其计算量非常大,在一些情况下容易失真。VOF法是目前使用最为普遍的一种方法, Hirt Nichols主要源于 以及 的想法,并带起了国际上的研究热潮。VOF法用于研究两种或多种不相容介质的交1。VOF界面,所有介质体积分数相加为 法通过网络体积比函数 f 来实现,f 值的大小表示流体2的占有比例。本文研究的是空气和水 种流体介质,指定的流体相为空气。VOF除了选取的流体域体积函数法( 法)之外,湍流模型选取为 k - ε 模型,可选模型之中选VOF择的为重力模型、单元质量校正和 波。

1.4 边界条件的设定

2 1边界条件一般被分为 种:第 种为渗透性边界,例如速度入口,在这些边界处可以发生进来流2等物质交换;第 种就是像固壁面这种非渗透性边界,相应地,这些边界处不能发生物质交换。进CFD行 数值计算时,一般将边界条件划分为以下几种:进口边界、出口边界、对称面边界以及固壁面边界。本文在设定边界条件时,只是将船体及其附

体设为壁面边界,并没有将计算域的边界设为壁面,这样一来就可以更加真实地模拟出船舶在实际航行中宽广的水域,计算结果也会更加准确。最终,计算域边界条件类型设定如下:进口类型为速度进口,出口类型为压力出口,船中剖面为对称面,船体以及流道设定为无滑移壁面。3计算域边界条件的具体设定如图 所示。

1)船前方取1倍船长; 2)船后方取2倍船长; 3)水线面上方取0.5倍船长; 4)水线面下方取1倍船长; 5)船宽方向取1.5倍船长。3计算域模型如图 所示。 3图 计算域Fig.3 Computational domain

(a)开尔文波形网格划分

(b)横剖面网格划分4图 网格划分图Fig.4 Mesh division graph

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