背景及意義

船舶阻力預測是船舶設計的重要環節，當前實船阻力計算與預測主要依靠船模試驗，該方法試驗周期較長，試驗成本高昂；伴隨計算機技術的快速發展，以流體力學為基礎的CFD方法則更加靈活和經濟。本文將基于star ccm+對某型KCS船舶進行阻力預測，為船舶設計與改型提供強有力的參考。

一、案例介紹

1.star ccm+運行外部硬件環境

名稱	CPU	內存	硬盤
要求	四核及以上	32G及以上	剩余30G及以上

2.模型介紹

KCS是集裝箱船中具有代表性的船型，模擬船型幾何外形如上圖所示，其尺寸如下：

	船長Lpp（m）	型寬B（m）	型深D（m）	吃水d（m）
實船	230.0	32.2	19.0	10.8
船模	7.278	1.0190	0.6013	0.3418

二、仿真計算過程

1.導入船型幾何體，生成網格

2.物理和數值設置

水面船在航行過程中處于兩種流體中，分別是水和空氣，分界面是自由液面，在設定物理模型過程中自由液面默認為船體水線面。物理和數值設置過程如下：

選擇物理模型—定義歐拉相—定義VOF波—設置初始條件—阻尼波反射—設置邊界條件—定義動態流體固體相互作用（DFBI）—設置求解器參數和停止條件

3.可視化和數據分析

在運行模擬之前，需要創建多個繪圖和圖形以可視化結果。主要包括：可視化自由水面的傳播、可視化波型、阻力數據監視和繪圖以及縱傾和升沉數據監視和繪圖。

三、結果分析

在模擬運行之前，創建每個場景來關注求解的進展。如圖所示，在對稱平面上顯示了模擬結束時圍繞船體的自由水面細節圖：

如圖所示，顯示了模擬結束時圍繞船體的波型：

如圖所示是隨時間變化的剪切和壓差阻力繪圖：

如圖所示是隨時間變化的總阻力繪圖：

如圖所示是作用在船身上Z方向的力：

如圖所示是作用在船身上圍繞Y軸的力矩：

總結

通過數值模擬計算，我們得到了在某一特定的航速下改船型的船舶阻力情況，仿真模擬結果與船舶試驗結果表現出相同的趨勢，且誤差在可接受的范圍內。該試驗結果表明，基于Star-CCM+的船舶阻力預測比較可靠，能夠為船舶設計與改型提供高效有力的參考。除此之外，將仿真結果以cgns的文件形式導入FastCAE VR后處理模塊，可進行VR沉浸式漫游體驗。