Fluent案例分析——船舶航行

简介：
本案例深入剖析了利用Fluent软件进行船舶航行模拟与优化的实际应用，展示了如何通过CFD技术提升船舶设计性能和效率。 ### Fluent算例-船舶航行知识点解析 #### 一、问题背景 本案例研究一艘假想船在水中的航行过程及其行驶阻力。船舶的基本参数如下： - 船体高度 (H = 2米) - 船底长度 (L = 10米) - 船艏与水平线夹角 (α = 45°) - 压浪板高度 (a = 1米) - 压浪板与水线夹角 (β = 30°) #### 二、物理模型 ##### 2.1 物理模型概述 本案例简化为二维模型，考虑无限宽的船体，忽略船体侧面的影响。流动类型涉及气液两相流问题。 ##### 2.2 流动特性 - **三维流动问题**：理论上是三维流动，但在计算中简化为二维。 - **紊流**：由于船体结构复杂，必然导致紊流现象。 - **气液两相流**：船体上方为空气，下方为水，两者之间存在相互作用。 ##### 2.3 计算方法 采用非稳定计算方法，并考虑动升力效应。在航行过程中会产生动升力，影响船体上下运动及行驶阻力。 #### 三、模型建立与网格划分 ##### 3.1 模型建立 - **关键点导入**：首先导入关键点，构建线段表示船体及压浪板。 - **网格加密**：在船体附近区域进行网格加密以确保计算精度。 - **网格稀疏化**：外围流域的网格逐渐变稀，减少计算量。 ##### 3.2 网格划分 采用map scheme创建面网格。尝试了三种不同的网格布置方式，最终选择了第三种布置方案，在保证精确度的同时缩短了计算时间。 #### 四、边界条件设置 - **空气入流**：速度设为5米/秒。 - **水入流**：同样设定水流速为5米/秒。 - **移动墙**：流域底部边界条件设为移动墙，速度也为5米/秒。 #### 五、求解器参数设置 选择VOF两相流模型处理气液两相问题，并使用k-ε模型模拟紊流效应。 #### 六、流体属性设置 设定水为基本相，空气为第一相。 #### 七、操作环境设置 重力加速度设为9.81米/秒²（方向向下），空气密度定为1.225千克/立方米。 #### 八、求解过程 - **初始化**：对流场进行初始处理。 - **定义初始区域**：确定初始的空气区域。 - **监视器设置**：设定残差和升力阻力监控器。 - **计算求解**：经过长时间迭代确保结果收敛。 #### 九、计算结果分析 通过计算获得船体所受的升力，展示不同时间点水气分布情况及压力速度分布图。 #### 十、水线调整 根据初次计算得到的实际升力和浮力信息对水线进行调整。具体方法基于船体重力、浮力与动升力之间的平衡关系来进行，确保三者相等。 通过以上步骤，可以较为精确地模拟出船舶在水中航行的过程及其关键力学参数（如阻力和升力），这对于理解流体力学行为具有重要的理论意义及实用价值。