預(yù)報船舶阻力的cfd計算方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及船舶技術(shù)領(lǐng)域，具體地，涉及一種對船舶阻力進行預(yù)報的CFD計算方法。
【背景技術(shù)】
[0002]船舶靜水航行的阻力性能預(yù)報和興波情況模擬一直是船型優(yōu)化和設(shè)計的一個熱門研究課題。提高阻力計算的精確度和阻力變化內(nèi)在規(guī)律的研究具有十分重要的意義?，F(xiàn)有的研究方法有模型試驗、勢流理論計算及計算流體力學(xué)(CFD)方法求解等方法。
[0003]隨著計算機運算速度的提高，使得CFD方法計算具有高度非線性運動特征的船舶航行阻力成為可能。在CFD計算方法中，對繞船體自由面周圍黏性流場進行數(shù)值模擬的方法主要有直接數(shù)值模擬(DNS)，大渦模擬(LES)。上述兩種方法均存在計算量大、精度不高的問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]針對現(xiàn)有現(xiàn)有技術(shù)中存在的技術(shù)問題，本發(fā)明的目的是提供一種預(yù)報船舶阻力的CFD計算方法，相比其他兩種方法，它不太關(guān)注湍流的脈動量，而是通過某種模型在時均化方程中體現(xiàn)出來，從而避免了計算量大的問題。在實際工程應(yīng)用中，本發(fā)明方法計算量相對較小，精度高。當(dāng)船舶的運動具有高度非線性特點和復(fù)雜的尾流時，使用本發(fā)明方法能更快、更準(zhǔn)確的預(yù)報船舶的阻力。
[0005]為達到上述目的，本發(fā)明是一種預(yù)報船舶阻力的CFD計算方法，包括如下步驟:
[0006]S1:采用兩相不可壓RANS作為控制方程，包括連續(xù)方程和動量方程；
[0007]S2:使用單相l(xiāng)evel set方法處理自由面；
[0008]S3:使用有限體積法將計算域離散成一系列小單元，計算流場信息儲存在網(wǎng)格單元重心；
[0009]S4:根據(jù)單元重心的插值得到單元表面的值；
[0010]S5:對單元表面的值求和得到單元體的體積積分；
[0011]S6:對于離散后得到的壓力速度耦合方程，采用PIS0隱式分離算法進行迭代求解，其中，每一時間步的計算包括動量預(yù)估、壓力求解和速度修正，最終得到收斂的數(shù)值解。
[0012]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下的有益效果:
[0013]1、本發(fā)明使用單相l(xiāng)evel set方法處理自由面，相對于采用模型試驗方法和勢流理論計算得到的波形下求解的流場，本方法是隱式的跟蹤運動界面，克服了一般波前追蹤方法難于處理復(fù)雜界面，及其發(fā)生拓?fù)渥冃吻闆r的弱點。而且計算一相流體的流場，另一相流體流動通過速度擴展方法確定流場速度，求解RANS方程的計算只在水中進行，在空氣中只布置少許網(wǎng)格點滿足界面跳躍條件，從而節(jié)省了大量的計算資源。
[0014]2、采用PIS0隱式分離算法進行迭代求解:
[0015]與傳統(tǒng)的S頂PLE方法相比，本文的PIS0算法在S頂PLE法的每一個時間步添加了多步矯正的算法，其更適于非定常流動的計算，在每一時間步達到收斂的計算時間更少，且數(shù)值穩(wěn)定性好，結(jié)果更加準(zhǔn)確可靠。
【具體實施方式】
[0016]下面結(jié)合具體實施例對本發(fā)明進行詳細說明。以下實施例將有助于本領(lǐng)域的技術(shù)人員進一步理解本發(fā)明，但不以任何形式限制本發(fā)明。應(yīng)當(dāng)指出的是，對本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，還可以做出若干變形和改進。這些都屬于本發(fā)明的保護范圍。
[0017]本實施例是一種預(yù)報船舶阻力的CFD計算方法，包括如下步驟:
[0018]S1:采用兩相不可壓RANS作為控制方程，包括連續(xù)方程和動量方程；
[0019]S2:使用單相l(xiāng)evel set方法處理自由面；
[0020]S3:使用有限體積法將計算域離散成一系列小單元，計算流場信息儲存在網(wǎng)格單元重心；
[0021]S4:根據(jù)單元重心的插值得到單元表面的值；
[0022]S5:對單元表面的值求和得到單元體的體積積分；
[0023]S6:對于離散后得到的壓力速度耦合方程，采用PIS0隱式分離算法進行迭代求解，其中，每一時間步的計算包括動量預(yù)估、壓力求解和速度修正，最終得到收斂的數(shù)值解。
[0024]以上對本發(fā)明的具體實施例進行了描述。需要理解的是，本發(fā)明并不局限于上述特定實施方式，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以在權(quán)利要求的范圍內(nèi)做出各種變形或修改，這并不影響本發(fā)明的實質(zhì)內(nèi)容。
【主權(quán)項】
1.一種預(yù)報船舶阻力的CFD計算方法，其特征在于，包括: 51:采用兩相不可壓RANS作為控制方程，包括連續(xù)方程和動量方程； 52:使用單相l(xiāng)evel set方法處理自由面；53:使用有限體積法將計算域離散成一系列小單元，計算流場信息儲存在網(wǎng)格單元重心； 54:根據(jù)單元重心的插值得到單元表面的值； 55:對單元表面的值求和得到單元體的體積積分； 56:對于離散后得到的壓力速度耦合方程，采用PISO隱式分離算法進行迭代求解，其中，每一時間步的計算包括動量預(yù)估、壓力求解和速度修正，最終得到收斂的數(shù)值解。
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種預(yù)報船舶阻力的CFD計算方法，包括：S1：采用兩相不可壓RANS作為控制方程，包括連續(xù)方程和動量方程；S2：使用單相l(xiāng)evel？set方法處理自由面；S3：使用有限體積法將計算域離散成一系列小單元，計算流場信息儲存在網(wǎng)格單元重心；S4：根據(jù)單元重心的插值得到單元表面的值；S5：對單元表面的值求和得到單元體的體積積分；S6：對于離散后得到的壓力速度耦合方程，采用PISO隱式分離算法進行迭代求解，其中，每一時間步的計算包括動量預(yù)估、壓力求解和速度修正，最終得到收斂的數(shù)值解。本發(fā)明方法計算量相對較小，精度高。
【IPC分類】G06F17/50
【公開號】CN105243203
【申請?zhí)枴緾N201510626352
【發(fā)明人】孫攀, 李光, 謝繼榮, 李偉杰, 陳登
【申請人】上海凌耀船舶工程有限公司
【公開日】2016年1月13日
【申請日】2015年9月28日