不同湍流模型下圆柱涡激振动的计算比较

为应用计算流体力学的方法模拟圆柱体的涡激振动问题,文章采用有限体积法结合两种不同的湍流模型（RNG k-ε和SST k-ω湍流模型）求解时间平均的纳维尔-斯托克斯方程（RANS）,对低质量比弹性支撑的刚性圆柱体在均匀来流中的的涡激振动问题进行了研究。计算对象参照Govardhan和Williamson的物理模型实验中的参数,通过比较两种湍流模型下圆柱体的振幅响应、频率响应及三个响应分支的水动力系数和尾涡模式,分析了两种湍流模型模拟结果的差异及原因,结果表明：RNG k-ε湍流模型和SST k-ω湍流模型的模拟结果差异很大,不论在振幅响应和频率响应上的计算上,还是对升力的谱分析上,SST k-ω模型的计算结果都更接近于真实的物理现象,并且采用SST k-ω湍流模型成功地模拟出了2P模式。因此从整体上说,SST k-ω湍流模型的模拟效果要优于RNG k-ε湍流模型。     

90°弯管流动预测评估及流动特性研究

采用两种不同的计算方案对弯管内的流动进行数值计算,并与试验值进行对比,分析6种不同湍流模型对弯管内流动预测的影响。结果表明,SKE模型配合壁面函数法和RNG以及RKE湍流模型的预测能力类似,都能大致预测出管内流动的分布规律,但对弯管内侧区域速度扭曲的计算结果与试验值存在明显差异,而SST k-ω湍流模型给出的计算结果与试验值最为符合。基于SST k-ω湍流模型的计算结果研究迪恩涡的发展规律,重点讨论迪恩涡的发展、消失过程,可为后续磨损预测的分析奠定理论基础。     

不同湍流模型在高效舵水动力计算中的适用性分析

针对不同湍流模型在随边扭曲高效舵水动力计算中的适用性问题,采用计算流体力学软件STAR-CCM+,应用Spalart-Allmaras、SST k-ω、Realizable k-ε等5种湍流模型对1种新型随边扭曲高效舵进行水动力计算,预报值与模型试验结果对比分析表明,湍流模型不同,结果差异较大,使用Standard k-ε湍流模型得到的仿真结果精度最高,在模型尺度下随边扭曲高效舵水动力数值计算方面较其他模型更具优势。     

标准船模的CFD多维度仿真与拖曳水池试验对比

针对CFD在不同计算模型下计算结果的精度问题,对1艘标准船模建立不同网格密度、不同Y~+、以及不同湍流模型下的计算模型,得到不同维度下的计算结果,复合航次试验结果表明,网格密度、近壁面Y~+、以及湍流模型对计算结果有较大影响,k-ε、k-ω,以及SST湍流模型的最大误差分别为2.41%、5.36%和3.65%,k-ε和SST湍流模型的部分结果与试验结果贴合度极高,说表明通过合理设置仿真模型,可以有效提高计算精度;通过复合航次试验,能够有效降低试验误差。     

浮体带漂角拖航阻力数值预报

采用RANS法预报浮体在不同漂角下的拖航阻力。结合模型试验,分别从网格因素和湍流模型因素2个方面提高数值预报的精度,得到各漂角下的最优数值预报方案。基于最优数值预报结果,进一步研究浮体周围的流场随漂角的变化。结果表明:合适的网格划分方案能在很大程度上节省计算成本。当漂角不大于60°时,湍流模型采用Standard k-ε湍流模型所得结果与试验值的吻合度最高;当漂角大于60°时,湍流模型建议采用SST k-ω湍流模型。Standard k-ε湍流模型的预报精度随漂角的增大而下降;SST k-ω湍流模型在漂角为45°和60°时模拟误差很大,但当漂角从45°减小或从60°增大时,其预报精度都在提升。30°、45°、60°和90°漂角对应的最优解与试验值相比,平均误差分别为2.58%、3.35%、6.64%和7.09%,满足一般工程问题的精度要求。     

KVLCC2船模斜航运动粘性流场及水动力数值计算

采用CFD商业软件FLUENT对KVLCC2模型的斜航运动粘性流场进行数值模拟,计算得到了不同漂角时的横向水动力、首摇力矩、船体表面压力分布及尾流场,通过将计算结果与试验结果进行比较,验证了文中计算方法的有效性.文中采用SST k-ω和RNG k-ε两种湍流模式进行了水动力计算及流场数值模拟,通过将其结果与试验结果进行比较,得出了SST k-ω模式较RNG k-ε模式更为适合于实际船型的斜航运动粘性水动力计算和流场数值模拟的结论.     

不同湍流模型在螺旋桨敞水性能预报中的应用分析

为研究不同湍流模型在螺旋桨敞水性能预报中适用性,本文采用计算流体动力学(CFD)软件,结合雷诺平均纳威斯托克斯方程(RANS),应用Realizable k-ε模型、SST k-ω模型、雷诺应力方程模型(RSM)3种不同湍流模型对粘性流场中某集装箱船螺旋桨水动力性能进行计算与分析。比较3种不同湍流模型数值模拟结果与敞水试验结果,以分析不同湍流模型数值模拟结果在不同进速系数的特点。结果表明,3种湍流模型均适用于螺旋桨水动力性能计算,仅在不同进速系数区间存在不同特点。     

湍流模型对弯管磨损计算的影响分析

[目的]弯管是船舶管路系统中的常见部件,为准确预测弯管内部的磨损情况,[方法]采用数值模拟方法对弯管内部的流场进行计算分析,主要从湍流模型对弯管流场计算的影响以及湍流模型对弯管处冲蚀磨损计算的影响这2个方面,对弯管内固、液两相流的磨损预测方法进行深入研究。[结果]结果表明:SST k-ω湍流模型结合Oka磨损模型可以较准确地计算弯管处的冲蚀磨损速率;湍流模型会给磨损计算带来显著影响,不仅影响最终磨损计算的数值大小,同时还会给预测的相对磨损分布情况带来明显差异。[结论]研究成果可为后续管路磨损预测的工程应用提供相关依据。     

潜艇旋臂回转试验数值模拟

为模拟潜艇回转运动,文中以结构化网格为基础,分别选取了基于固定坐标系的Mesh Motion方法和基于运动坐标系的添加动量源项方法对旋转导数进行预报,对全附体SUBOFF模型进行回转运动仿真,并与试验结果进行对比。结果表明：Mesh Motion方法和添加动量源项方法均满足工程要求,添加动量源项方法计算时,网格数目少,有效降低了计算耗时。最后,根据Y＋的不同分布,文中分析了回转运动中RNG k-ε湍流模型和SST k-ω湍流模型的计算精度和计算时间。     

螺旋桨敞水性能CFD不确定度分析

基于商用PANS代码,利用结构化网格技术和流道计算模型对库存螺旋桨敞水性能进行数值计算,并参考ITTC-CFD不确定度分析推荐规程和基准检验试验数据,对其水动力数值模拟结果进行验证和确认.文中为开展网格收敛性研究,共设计了三套网格,网格加细比为平方根2.同时也分析比较了SST k-ω湍流模型和RNG k-ε湍流模型对网格收敛特性的影响,为螺旋桨敞水水动力数值模拟方法向工程应用方向迈进提供技术支撑.     

基于CFD(计算流体动力学)的两栖车绕流场模拟

利用计算流体动力学理论,对不计自由面的两栖车辆的粘性绕流场进行了数值模拟,重点介绍了关键的SST k-ω湍流模型和混合网格布置方法.计算结果基本与实验数据吻合,表明用数值模拟的方法对两栖车的车周流场与受力进行研究有很好的应用前景.     

转捩模型在螺旋桨数值计算中的应用

螺旋桨敞水性能数值计算是船舶快速性能分析的基础,其计算精度对船舶快速性预报的准确度至关重要,湍流模型的选用是保证螺旋桨敞水性能计算精度的关键.本文利用k-ωSST湍流模型和γ-R?eθ转捩模型对螺旋桨敞水性能进行了计算.结果表明,在模型尺度下螺旋桨叶片表面流动的相当一部分还保持着层流状态,带有转捩能力的湍流模型对这类流动具有更强的模拟能力.     

基于SST k-ω湍流模型的二维圆柱涡激振动数值仿真计算

随着海洋工程逐渐向深海发展,广泛使用的柔性立管因为高频振动很容易受到严重的损伤。因此对于这类细长柔性结构的涡激振动(VIV)研究是当今的一个热点,同时随着计算机的快速发展,CFD(计算流体力学)技术成为研究涡激振动问题不可或缺的一种方法。本文采用雷诺平均纳维尔-斯托克斯(RANS)方程,并结合SST k-ω湍流模型,研究低质量比弹性支撑刚性圆柱体的涡激振动问题。从振幅响应、频率响应、3个响应分支的水动力性能、尾涡模式等方面和Williamson相关实验作对比。结果表明,SST k-ω湍流模型能够有效准确地模拟圆柱绕流的涡激振动。本文丰富了海洋工程的理论研究,为柔性立管的实际应用提供了一定的理论指导。     

不同流向下低质量比方形四立柱涡激运动特性研究

采用有限体积法对方形四立柱涡激运动进行了数值模拟。方形四立柱涡激运动系统简化为两自由度的质量-弹簧-阻尼模型,引入雷诺平均应力模型求解不可压缩粘性Navier-Stokes方程,结合SST k-ω湍流模型对低质量比弹性支撑的方形四立柱涡激运动进行了研究。对不同来流方向和折合速度下横向振幅、流向振幅、流向平衡位置、升力系数的主频变化趋势进行了分析,探讨了其运动轨迹和尾涡脱落模。     

κ-ω湍流模式在船舶粘性流场计算中的应用

湍流模式的选取对精确预报船舶艉部流场至关重要,本文利用SSTκ-ω湍流模型计算了SR196A油船模型的粘性绕流场,船艉三个截面上的轴向速度等值线和横向速度矢量的计算结果和文献提供的试验值进行了对比,结果符合得很好,同时计算得到的阻力系数也与试验值进行了比较,结果同样令人满意.表明SSTκ-ω湍流模型在船舶粘性流场的计算中有较强的应用能力.     

斜航条件下船舶水动力性能数值仿真

[目的]为了研究船舶在斜航条件下的粘性绕流场,为研究船舶操纵性提供相关依据,[方法]采用商用软件STRA-CCM+,选取SST k-ω湍流模型,对KVLCC2模型在不同漂角条件下的水动力性能、船体流场进行预报。观察船模在不同漂角下的压力分布情况,并对船底涡系脱落及船体表面约束流线进行观测。[结果]结果表明,数值模拟在预报船舶横向力和转艏力矩以及船身表面的压力分布时满足工程应用的要求。[结论]所得结论对研究船舶斜航条件下的流动分离现象具有一定的参考价值。     

船后螺旋桨空泡数值预报及试验对比

文章研究了湍流模型对螺旋桨空泡计算结果的影响,结果表明常用的湍流模型均可较好地预报螺旋桨空泡形态。采用RANS求解器,结合SST k-ω湍流模型和Sauer空化模型,数值模拟了船后螺旋桨空泡。用对称面边界条件处理自由表面,滑移网格技术处理螺旋桨旋转,时间步长为1°。螺旋桨空泡模拟结果与大型循环水槽试验结果进行了对比,虽然由于计算网格稀疏的原因没能捕捉到螺旋桨梢涡空泡,但螺旋桨空泡随空间角度的动态行为与试验观察结果吻合较好。     

浮体带漂角拖航阻力预报

本文基于RANS法对闸门在不同漂角下的拖航过程进行数值模拟,同时结合EFD法,从网格和湍流模型两方面提高预报精度,针对不同漂角的拖航工况给出了最优的数值预报方案.根据数值预报结果,分析了漂角对流场的影响.结果表明:选择适当网格数量的划分方案能够大大节省计算资源.选择湍流模型时,漂角为45°时的预报精度最差;漂角小于45°时采用SST k-ω 湍流模型模拟吻合度更好;漂角大于45°时,SST k-ω 湍流模型和RNG k-ε湍流模型吻合度均比较理想.漂角越大,漩涡扰动范围也越大.     

光滑深海立管涡激振动DES模拟

针对深海立管涡激振动流场建立计算模型,分析了第一层网格高度、网格数量、时间步长对深海立管涡激振动DES模拟的升力系数、阻力系数、斯特罗哈尔数的影响,通过与文献中实验、计算数据的对比,说明SST k-ω湍流模型基础上的DES方法模拟低雷诺数深海立管涡激振动准确合理;网格第1层高度对计算精度影响较大,按0.51确定DES方法的第1层网格高度可得到满足要求的。     

船体阻力计算中模型常(系)数的敏感性研究

在湍流模型方程的模型化过程中,引入了有一定取值范围的模型常(系)数。这些模型常(系)数的推荐值是否适用于船舶阻力的数值计算还有待确认。文中选取常见的标准k-ε和k-ω二方程湍流模型作为研究对象,变动湍流模型中的常(系)数并用于Wigley船型和数学三体船型的阻力计算。从文中的数值计算可以看出:分别修正标准k-ε模型中的5个系数均不影响船体压阻力分量;除模型系数σk外,其他4个模型系数的修正对船体摩擦阻力有不同程度的影响。修正k-ω模型中的3个模型系数对压阻力分量无影响;对摩擦阻力分量有不同程度的影响。研究表明采纳这两种湍流模型用于船体阻力性能研究时船体摩擦阻力分量的计算值受模型常(系)数变动的影响不能忽略,而船体压阻力的计算结果对模型常(系)数不敏感,各模型常(系)数的推荐值对船体压阻力的计算具有鲁棒特性。文中研究有助于明确湍流模型常(系)数在船舶阻力性能研究中的适用性,而且有助于理解数值计算中湍流模型导致的误差和不确定因素。