带自由面船体周围粘性流场数值模拟

利用FLUENT流体软件,通过求解三维粘性不可压RANS方程和使用标准k-ε湍流模型对带自由液面船体进行了周围粘性流场的数值模拟。自由液面采用VOF方法处理,得出了不同弗劳德数下船体的粘性阻力系数,并与ITTC1957给出的平板摩擦阻力系数计算公式以及巴普米尔粘压阻力系数公式两者所求的粘性阻力系数相比较,验证了本文方法的可行性,为船舶阻力预报提供了更为精确的流体分析方案。同时,利用VOF方法可以很好的捕捉自由液面波形,反应了船体的兴波现象,为船体优化设计提供重要的参考。     

基于MATLAB的带自由表面粘性流场数值模拟

本文基于VOF方法并运用科学计算软件MATLAB,在统一笛卡尔网格中,利用有限差分离散求解不可压缩Navier-Stokes方程,模拟带自由表面的二维粘性流场并实现可视化,同时,通过MATLAB并行计算工具箱的运用,提高计算效率,缩短计算时间。利用该程序对二维溃坝过程进行模拟,验证了该程序的有效性和可靠性。     

基于 OpenFOAM 的数值波浪水槽的建立与验证

论文基于粘性不可压缩流体的 N‐S 方程,采用开源 CFD 代码 OpenFOAM 建立了二维数值波浪水槽,并对水槽的造波效果进行了验证。结果表明：采用 OpenFOAM 能够方便建立符合设计要求的数值波浪水槽;数值水槽能够产生试验所需的规则波动;水槽消波区域作用良好,能够消除反射波对自由波动区域的影响。     

任意拉格朗日欧拉有限元法中的自由面网格追踪分析

本文对任意拉格朗日欧拉有限元法中的自由面网格追踪问题进行了分析.在任意拉格朗日欧拉坐标系下,用非定常不可压的Navier-Stokes方程来描述粘性带自由面流体的运动,在时间的数值积分中采用了速度修正分步法.文中提出了四种不同的自由面网格追踪方法,并对用各种方法得到的数值结果进行比较,得到了较优的追踪方法.为了验证方法的有效性,对孤立波传播进行了详细的分析.     

三维完全非线性波浪水槽的数值模拟

用有限元求解拉普拉斯方程,采用满足完全非线性自由表面条件的半拉格朗日法追踪流体自由表面,离散单元采用20节点的六面体二次等参数单元,建立了三维完全非线性数值波浪水槽.把数值计算结果与水面初始升高产生箱体内流体运动解析解和二阶斯托克波理论解进行了对比,结果表明该模型是稳定的、守恒的,能精确模拟非线性波浪的产生和传播,为今后研究非线性波浪对船舶等非规则物体的作用提供了参考.     

船体薄壁梁弯扭耦合振动的流固耦合分析

采用耦合有限元,边界元法计算水中船体的弯扭耦合振动.文中用一维薄壁梁有限元模拟船体梁,在横剖面处用二维边界元方法计算结构表面卢压,推导出表征流体对振动特性影响的附加质量阵,编制了用流同耦合方法求解船体振动模态的程序.通过与采用ANSYS软件进行耦合场分析以及刘易斯方法得到的振动模念相比较,验证了文中方法的可行性和应用性.     

分层流体中三维球体水下运动尾迹的数值模拟

采用求解RANS方程和基于VOF方法的非定常粘性数值方法并结合湍流模型对球体在两层流体中水下运动时的尾迹特征进行了针对性的研究,成功模拟出球体在水下运动产生的表面波和内波,与理论分析及其文献研究计算结果进行对照,取得了较为一致的结果,为进一步使用粘性CFD方法系统研究分层流体中潜体运动尾迹的生成机理、传播特性等问题打下了坚实的基础.     

基于浸没光滑有限元法的双圆柱体运动问题研究

本文采用浸没光滑有限元方法对二维流域内双圆柱体运动时的干扰问题进行研究.通过引入虚拟流体假设将流固耦合控制方程进行分解,采用新型光滑有限元方法离散固体运动方程,并用半隐式特征线分裂方法(CBS)求解不可压缩粘性流体N-S方程,流固相互作用力通过虚拟流体域进行计算.结果表明该方法能很好地模拟双体运动干扰作用及引起流场特性的变化.     

二维浮式结构物与完全非线性波相互作用数值分析

基于粘流理论、流固耦合理论和自由液面追踪技术——VOF(Volume of Fluid)法,以不可压缩流体的连续方程和N-S方程及结构动力学方程为基本控制方程,利用商用软件ANSYS Workbench的二次开发功能,建立了粘性数值波浪水池,数值模拟了完全非线性波的生成,计算分析了二维浮式结构物遭遇波浪的完全非线性现象,得到了甲板上浪水位高度和结构物的纵摇、垂荡、横摇等运动响应。结果表明:文中的方法可以用于波浪与浮式结构物相互作用的完全非线性数值模拟.     

内流对顶张力立管动力响应影响分析

文章分析了内流对顶张力立管在波浪和海流激励下的动力响应的影响.考虑内部流动流体的动能采用功能原理建立了立管的运动控制方程.然后采用伽辽金有限元法得到了非线性矩阵方程,并在时域内编制了相应的求解程序.最后对立管的动力特性和动力响应进行了详细分析,主要分析了内流等对其的影响.结果发现内流对动力响应有重大影响,其影响在分析中不可忽略.     

均匀粘性流体中截断直立圆柱体受迫振荡的三维数值模拟

研究了直立截断圆柱体受迫振荡时的三维绕流问题.以不可压缩Navier-Stokes方程为控制方程,采用有限体积法和PISO算法,以自身泻涡频率为振荡频率建立数值模型对受迫振荡圆柱体进行研究分析.分析对比了受迫振荡圆柱体与静止圆柱体力系数差别及流场特性,并取多组雷诺数对柱体的力系数和流场进行了研究分析,总结了受迫振荡圆柱体力系数幅值及平均力系数随雷诺数的变化规律.     

基于ALE有限元法二维液体晃荡的数值模拟

随着各类液货船的不断增加,晃荡现象在船舶与海洋工程领域引起了广泛的关注.文章从不可压粘性流体的N-S方程组出发,运用任意拉格朗日(ALE)有限元法对水平激励下的二维液体晃荡现象进行了数值模拟.首先通过计算值与解析解的比较,验证了数值方法的有效性,进而分析了激励振幅、激励频率对晃荡现象的影响,最后计算了作用于壁面上的力和力矩.     

外部气流影响下的船舶通风口烟气扩散试验

为预先确定船舶初步设计中的通风口系统在外部气流场作用下的排气效果，找出设计方案在通风口排气方面存在的问题，采用计算流体力学（Computational Fluid Dynamics，CFD）和风道试验的方法进行研究。以外部气流作用下的通风口烟气扩散试验为研究对象，建立含通风口边界条件的风道三维网格模型，求解不同气体流速下的黏性不可压缩定常流动。计算不同外部气流速度下和不同通风口布局下排气中的CO2分布扩散情况，结果表明来流速度增大会加快CO2体积分数沿流向的衰减速率，削弱CO2横向扩散程度。根据试验结果验证计算的准确性，证明应用CFD技术可评估通风口布局的优劣。     

平板上直立圆柱三维绕流的CFD计算研究

利用计算流体动力学(CFD)方法,对粘性不可压缩流体流过平板上直立圆柱的绕流进行了三维数值模拟,采用了有限体积法和SIMPLE计算程式,利用不可压缩的Navier-Stokes方程,模拟了雷诺数在200的层流绕流流动。在建立贴体的结构化精细网格之后,成功模拟了马蹄涡,与经典的理论对比具有较好的吻合性。同时得到了交接部区域的剪切力云图。计算结果表明,主/附体结构交接部区域流动机理十分复杂,在这个区域有马蹄涡的存在,是产生交接部冲蚀的根本原因。计算结果表明本文所用方法在模拟含有复杂流动机理的圆柱绕流中是可靠性的。     

二维Oseen流中潜体产生的非定常表面波

本文考虑无限深不可压粘性流体中潜体产生的非定常表面波.受扰流动由非定常Oseen方程控制,对自由面上的波动则采用线性化边界条件,物体用具有周期振荡强度的Oseen极子模拟.通过Fourier变换,自由表面波的精确解表示为带复变色散函数的积分式,波动力学性质由Reynolds数和Strouhal数刻画.运用Lighthill定理,导出了亚临界和超临界Strouhal数时表面波的远场解的渐近式.结果显示,振荡Oseen极子生成的波动包含稳态和瞬态响应.对于亚临界Strouhal数粘性流动,存在四列波,三列在下游区域传播,一列在上游区域;对于超临界Strouhal数粘性流动,仅有在下游区域传播的二列波.     

绕船体自由面周围三维粘性流场的数值模拟

本文采用有限体积法通过求解不可压缩的雷诺平均(RANS)方程数值模拟了包括兴波的三维船体周围的粘性流场,湍流模式使用了子网格尺度模式(SGS)和Baldwin-Lomax模式相结合的混合模式.对于自由表面的处理,采用了任意拉格朗日-欧拉方法,网格为不仅与物体表面贴体,而且与自由表面贴体的动网格,即随着自由表面的变化要不断地重新划分网格.虽然此方法需要很长的计算时间,但能较好地描述船体的兴波情况.本文计算了系列60船模在Fn=0.316,Re=1.9×106时带自由面的粘性流场,计算结果与试验结果吻合较好.，An finite - volume method solving of incompressible RANS Equations is developed for the numeri-cal simulation of three - dimensional viscous flow with free - surface about a ship. A hybrid turbulence mod-el by combining the sub - grid scale (SGS) model and the Baldwin- Lomax model is used in this pa-per. The arbitrary - Lagrange - Euler formulation is devised for the treatment of free surface boundary condi-tion. The boundary - fitted coordinate system is fitted not only to the ship hull surface but also to the freesurface, so the computational grid is regenerated to follow the free surface deformation. Although this methodneeds spend much longer computational time, but it can fairly display wave pattern made by a ship. The nu-merical simulation has been carried out for viscous flow with free surface past Series 60 ship hull at Fn =0. 316, Re = 1.9 × 106. The computed results are in reasonable agreement with experimental measure-ments.     

基于SPH流体仿真的船模阻力试验过程的虚拟展现

通过求解RANS方程计算船体周围粘性边界层,同时结合VOF方法处理自由表面,能够获得带自由表面的船体周围稳态粘性流场,但是难于比拟拖曳水池模型试验得到连续变化的流场,该文提出采用SPH流体仿真方法模拟船模阻力试验中自由表面及流场的生成与演化,并借助三维交互式图形显示技术实现试验过程的虚拟展现,最后以DTMB 5415船模试验加以例证。     

关于圆柱绕流水动力特性的大涡数值模拟研究

基于有限体积法建立描述不可压缩粘性流体三维运动的数学模型,引入浸入边界法的无滑移固定壁边界条件和大涡数值模拟的Smagorinsky．Lilly亚格子模型,针对层流（Re=100）和湍流（Re=3900）状态下的圆柱绕流流场进行数值模拟研究,验证结果表明该方法能较有效模拟非定常圆柱绕流流场的形态。在层流状态下圆柱体下游存在形态清晰的卡门涡街结构且无明显的掺混现象;在Re=3900的湍流状态下圆柱下游的掺混现象显著增强,圆柱下游约1．0D处的脉动强度达到最大值。     

用基于SST模型的DES方法数值模拟圆柱绕流

分离涡数值模拟方法(DES)在物面附近求解雷诺平均Navier-Stokes方程,在其他区域采用大涡模拟方法.兼具前者计算量小的优点和后者能模拟大分离湍流流动、计算精度高的优势.采用基于剪切应力传输(SST)两方程湍流模型的DES方法对粘性不可压缩流体的圆柱绕流问题进行数值模拟.通过对所得的速度场、压力场、阻力系数Cd、升力系数Cl、斯特罗哈数St等结果的分析及与文献上的实验和计算数据的比较,说明DES方法对于层流及高亚临界雷诺数的圆柱绕流模拟是合理的.