摘要：数值策略在船舶与海洋工程领域阻力计算和流场模拟的探讨日趋成熟。伴随着计算机技术的进展和数值策略论述的不断改善,CFD策略作为数值策略的一种,它的计算精度不断提升。目前学者主要依托于商业软件展开数值仿真计算和浅析。在船舶与海洋工程领域集中于对船舶阻力预报和海洋结构物涡激振动的探讨,其中运用最广的CFD软件是FLUENT.本论文主要利用商业软件FLUENT验证CFD策略在船舶和海洋管道受力浅析方面的工程实用性。目前虽然管道的数值探讨很多,但都集中于立管的探讨,本论文选取海洋管道模型为水平方向上的输油管道。船舶阻力的数值计算精度已经得到很多学者的证实,但很多没有工程实例作为参照,特别是高速单体船和三体船,多数将数值计算结果与经验公式计算结果比较,或者计算的速度数量小于5个,使数值计算的说服力下降。本论文以工程实例中的高速单体船和三体船为探讨对象,数值计算选取10个以上的速度,并将数值计算结果与船池试验值比较和浅析。本论文数值计算采取有限体积法(Finite Volume Method),计算域的离散即网格划分主要亮点是海洋管道网格划分采取了FLUENT前处理软件Gambit中的SIZE FUNCTION技术,单体船网格划分采取ANSYS中CFD前处理软件ICEM生成混合网格和三体船网格划分全部采取结构性网格。海洋管道在水中的受力浅析是单相流的数值模拟,其他均为两相流的数值模拟。数值计算中对壁面的处理选用壁面函数法,湍流模型选用RNGk-e模型,梯度求解选用基于单元的高斯方程,压力方程求解选用Body Force Weighted格式,湍动能和湍流耗散率方程的离散都选用二阶迎风格式,力矩方程的离散选用QUICK格式。单相流的速度与压力的耦合选用SIMPLE算法。两相流的自由液面捕捉采取Volume of Fluid (VOF)策略,为了连续项的更快收敛压力速度耦合选用PISO算法。本论文探讨了CFD策略在新船设计和船型优化方面的运用,并将数值计算结果与试验值比较,得出不同情况下本论文CFD策略的适用范围。海洋管道的单相流数值模拟中,当0.03Fr1.2时相对误差始终小于7%。海洋管道的两相流数值模拟中,当0.2Fr0.85时用CFD策略对海洋管道在两相流中的受力浅析,总阻力误差在5%以内。此时利用CFD策略对海洋管道的受力进行数值计算是可行的。高速单体船的数值模拟中,当0.4Fr0.8时本论文数值计算结果与物理试验值相比相对误差小于7%,满足工程计算要求,具有工程实用价值,且高速单体船的尾倾状态的数值计算精度较水平状态的数值计算精度高。三体船的数值模拟中,在0.3Fr1.1时,数值计算结果与物理试验值比较相对误差保持在6.1%以内,在这个Fr范围内数值策略在三体船阻力计算中是具有工程实用性的。关键词：FLUENT论文海洋管道论文单体船论文三体船论文工程实用性论文
摘要4-5
Abstract5-9
1 绪论9-13
1.1 课题背景及作用9
1.2 数值策略在船舶与海洋工程领域的探讨近况9-11
1.3 本论文主要工作11-13
2 海洋管道在单相流中阻力数值计算和浅析13-23
2.1 海洋管道几何模型13-15
2.2 网格划分15
2.3 边界条件及求解设置15-17
2.4 收敛标准和部分动压云图17-19
2.5 数值计算结果浅析19-21
2.6 数值计算的优势21-22
2.7 本章小结22-23
3 海洋管道在两相流中的流场模拟和阻力数值计算23-44
3.1 海洋管道几何模型23-25
3.2 网格划分25-30
3.3 数值计算设置30-33
3.4 收敛的判断33-34
3.5 计算结果浅析34-43
3.5.1 自由液面34-38
3.5.2 总阻力大小比较38-40
3.5.3 物理试验与数值计算结合的策略40
3.5.4 流场浅析40-43
3.6 本章小结43-44
4 CFD策略在单体船航速预报和新船开发中的工程实用性44-60
4.1 航速预报中的阻力数值计算44-55
4.1.1 建模44-45
4.1.2 网格划分45-47
4.1.3 数值计算47-49
4.1.4 结果浅析49-55
4.2 尾倾状态数值计算55-56
4.3 新船设计中的运用56-59
4.4 本章小结59-60
5 多体船的流场模拟和阻力数值计算60-74
5.1 阻力数值计算60-66
5.1.1 建模60-61
5.1.2 网格划分61-63
5.1.3 数值计算63-64
5.1.4 动压及船体自由液面的浅析64-66
5.2 部分模型代替整体的可行性证明66-70
5.2.1 不足描述66
5.2.2 剩余部分船体的阻力数值计算66-70
5.3 结果浅析70-73
5.4 本章小结73-74
结论74-76
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