Fluent船體阻力的案例
使用 Fidelity FINE Marine 預(yù)測(cè)船體阻力曲線
指定垂直于船體表面的邊界層網(wǎng)格達(dá)到 30 到 80 之間的 y+ 值。鑒于本研究中涵蓋的弗勞德方案的多樣性，為每個(gè)計(jì)算速度生成了新網(wǎng)格。在每個(gè)模擬的最后階段，自適應(yīng)網(wǎng)格細(xì)化與船體附近的自由表面標(biāo)準(zhǔn)一起使用，以提高結(jié)果的準(zhǔn)確性。最終的網(wǎng)格由大約 5 到 750 萬(wàn)個(gè)單元組成。
在模擬中，推進(jìn)力被建模為作用在噴水器動(dòng)作中心的力。空氣阻力被建模為施加在正面投影區(qū)域中心的力。
55 節(jié)時(shí)的波型（左）、不同船體站的船首波浪剖面以及 55 節(jié)時(shí)船體上的流體動(dòng)力壓力（右）。
模型測(cè)試
船體模型由涂有油漆的泡沫和木材制成。它具有符合 1:16 線性比例的流體動(dòng)力學(xué)光滑表面光潔度。在湍流刺激下，從船首到第 17 站，細(xì)沙粒沿著龍骨粘在船體上。
阻力測(cè)試是使用 MARINTEK 的高速鉆機(jī)拖曳的模型進(jìn)行的，包括阻力、縱傾和下沉測(cè)量。在測(cè)試設(shè)置中，模型可以自由起伏、橫搖和縱傾，但在所有其他自由度上都是固定的。
空氣阻力對(duì)吃水線以上投影面積的影響包含在基于船舶投影面積的預(yù)測(cè)中。
船體和波型的底部和透視圖。
轉(zhuǎn)換為總船舶阻力
使用形狀因子方法將船體模型（數(shù)字或?qū)嶒?yàn)）轉(zhuǎn)換為全尺寸船舶。該方法假設(shè)總阻力可分為粘性阻力和剩余（由于渦度、興波和破波）阻力 CR。粘性阻力是通過(guò)將摩擦阻力 CF 乘以恒定形狀系數(shù) k0 來(lái)確定的，這對(duì)于模型和船舶是相同的。此外，假定模型和船舶的剩余電阻 CR 相同。
將數(shù)值或?qū)嶒?yàn)結(jié)果換算成船舶總阻力RTs時(shí)，通過(guò)經(jīng)驗(yàn)公式考慮船體表面粗糙度的影響。結(jié)果以無(wú)量綱總船舶阻力 CT 的形式表示。
結(jié)果
下表比較了從模型試驗(yàn)方法和 CFD 方法獲得的預(yù)測(cè)總船舶阻力。對(duì)于所有速度，結(jié)果一致在 0.7% 以內(nèi)。水動(dòng)力縱傾角在 0.5 度以內(nèi)一致。
展開(kāi) 自主CAE | 基于PERA SIM Fluid的船體靜水阻力仿真
摘要：本文基于安世亞太自主研發(fā)的PERA SIM Fluid流體仿真軟件，以船體為研究對(duì)象，采用VOF多相流模型，計(jì)算了其在靜水中的行駛阻力，獲得了船行波的變化特性以及阻力數(shù)值，并與成熟的CFD軟件對(duì)比，驗(yàn)證了國(guó)產(chǎn)仿真軟件PERA SIM Fluid的精確性和可靠性。
關(guān)鍵詞：船舶，VOF，CFD，PERA SIM Fluid
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引言：船舶在航行過(guò)程中會(huì)受到流體（水和空氣）阻止它前進(jìn)的力，這種與船體運(yùn)動(dòng)相反的作用力稱為船的阻力，為了使船舶保持一定的航速，必須對(duì)船舶提供推力以克服所受的阻力。
船體周圍的流動(dòng)情況是相當(dāng)復(fù)雜的，但主要有以下三種現(xiàn)象：
首先，船體在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中興起波浪，由于波浪的產(chǎn)生，改變了船體表面的壓力分布情況。船首的波峰使首部壓力增加，而船尾的波谷使尾部壓力降低，于是產(chǎn)生首尾流動(dòng)壓力差。這種由興波引起的壓力分布的改變所產(chǎn)生的阻力稱為興波阻力。
其次，當(dāng)船體運(yùn)動(dòng)時(shí)，由于水的粘性，在船體周圍形成邊界層，從而使船體運(yùn)動(dòng)過(guò)程中受到粘性切應(yīng)力作用，亦即船體表面產(chǎn)生了摩擦力，它在運(yùn)動(dòng)方向的合力便是船體摩擦阻力。
另外，在船體曲度驟變處，特別是較豐滿船的尾部，常會(huì)產(chǎn)生漩渦。產(chǎn)生漩渦的根本原因也是水具有粘性，漩渦處的水壓力下降，從而改變了沿船體表面的壓力分布情況。這種由粘性引起船體前后壓力不平衡而產(chǎn)生的阻力稱為粘壓阻力。
因此按產(chǎn)生阻力的物理現(xiàn)象分類，船體總阻力由興波阻力、摩擦阻力和粘壓阻力三者組成。
圖1 船體阻力
船舶阻力與造船工程實(shí)際密切聯(lián)系，對(duì)設(shè)計(jì)性能良好的船舶具有重要意義，采用CFD方法模擬船體周圍的流場(chǎng)，得出阻力數(shù)值和流場(chǎng)的流動(dòng)細(xì)節(jié)，能夠進(jìn)行實(shí)尺度模擬，省時(shí)省力。
展開(kāi) 使用Fluent進(jìn)行船體CFD瞬態(tài)仿真 ￥5
使用 Ansys Fluent 執(zhí)行船體在逆海波浪中移動(dòng)的升沉和縱搖仿真示例。流體體積或 VOF 模型用于求解此明渠流動(dòng)示例。在此示例中，使用明渠波浪邊界條件生成淺層波浪，而使用動(dòng)態(tài)網(wǎng)格對(duì) wigley 船體的運(yùn)動(dòng)進(jìn)行建模。使用用戶定義函數(shù) (UDF) 將運(yùn)動(dòng)限制為 4 個(gè)自由度 (DOF)。為了避免出口處的數(shù)值反射（非物理結(jié)果/波浪反射），使用了數(shù)值海灘選項(xiàng)。 Fluent 案例文件供下載。
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展開(kāi) 三十五、Fluent阻力系數(shù)問(wèn)題
</strong><strong style="color: rgb(0, 0, 0);">阻力系數(shù)定義</strong></p><p> </p><p>阻力系數(shù)：阻力系數(shù)常表示為Cd是流體力學(xué)中的無(wú)因次量，用來(lái)表示物體在流體（例如水或是空氣）中的阻力。阻力系數(shù)和物體的形狀及其表面特性有關(guān)。 </p><p><br></p><p> <img src="https://mmbiz.qpic.cn/mmbiz_png/8tJMdLVYZy8NTEtykZR0mUibicGOJJTcpmMHTkdu1BpAst9QMLxmWbFC4uWHU1jET6r5gtgVH9s181MVyYz29RvQ/640?wx_fmt=png" width="122" style=""> </p><p>式中，</p><p>Cd：阻力系數(shù)</p><p>F ：阻力（阻力與來(lái)流速度方向相同）</p><p>pd ：動(dòng)壓，pd=ρv*v/2 (ρ為空氣密度，v為氣流相對(duì)于物體的流速）</p><p>A ：參考面積（飛機(jī)一般選取機(jī)翼面積為參考面積）</p><p><br></p><p><br></p><p>在fluent幫助文件中，The force coefficient is defined as force divided by 1/2ρv2A，where ρ，v，A and are the density，velocity，and area。fluent中的定義與上述定義相同。</p><p><br></p><p>阻力及阻力系數(shù)有方向之分，為流動(dòng)主流方向，其他方向的阻力很小。設(shè)置時(shí)需要指定阻力及阻力系數(shù)的方向。</p><p><br></p><p><strong>2.
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關(guān)于Fluent設(shè)定相關(guān)參考值來(lái)監(jiān)視升力或阻力的體會(huì)-ujs
關(guān)于Fluent設(shè)定相關(guān)參考值來(lái)監(jiān)視升力或阻力的體會(huì)
要求身邊有以下2本書(shū)：《fluent-流體過(guò)程仿真計(jì)算實(shí)例與分析》和《fluent入門(mén)與進(jìn)階教程》。
本次講座針對(duì)《fluent-流體過(guò)程仿真計(jì)算實(shí)例與分析》中的第二章，第三節(jié)（P92）二維船舶行駛阻力特性數(shù)值模擬來(lái)探究在流體計(jì)算中監(jiān)測(cè)升力和阻力的設(shè)定。
設(shè)置參考值的意義：設(shè)置參考值是對(duì)作用在計(jì)算模型上的力等物理量進(jìn)行無(wú)量綱化，得到無(wú)量綱化的物理量，使得計(jì)算結(jié)果后處理相對(duì)簡(jiǎn)單。
閱讀熟知此章節(jié)計(jì)算過(guò)程和后續(xù)的力學(xué)分析內(nèi)容，針對(duì)P112內(nèi)容。
1.1從本書(shū)例子中可知，船體所受到的動(dòng)升力為45712.522（P111），反過(guò)頭來(lái)看升力系數(shù)的監(jiān)測(cè)曲線，發(fā)現(xiàn)在27s時(shí)候，動(dòng)升力系數(shù)達(dá)到了穩(wěn)定的狀態(tài)，變化很小。通過(guò)手動(dòng)測(cè)試，此對(duì)應(yīng)的數(shù)值為3.5左右。先且認(rèn)為是3.5，至于具體值還請(qǐng)大家在通過(guò)該模型來(lái)計(jì)算.
1.2.fluent中升力系數(shù)定義為
，這里公式的意思就不詳細(xì)說(shuō)了，大家都知道。關(guān)鍵也就是L的設(shè)定。
1.3在P107中，作者設(shè)定的參考值是密度1000，速度為5，那么升力監(jiān)測(cè)系數(shù)中分母的計(jì)算值為12500×L（可以參考P108）。
1.4，由于fluent升力報(bào)告中，船體的動(dòng)升力為45712.522，那么，45712.522/12500=3.657.發(fā)現(xiàn)，這與升力監(jiān)測(cè)系數(shù)幾乎相一致，那么，也可以說(shuō)升力監(jiān)測(cè)系數(shù)中分母L為1，同時(shí)，反過(guò)來(lái)在檢查下fluent中參考值的設(shè)定，默認(rèn)的特征長(zhǎng)度L=1，但是，就本節(jié)的例子來(lái)說(shuō)，船體的特征長(zhǎng)度肯定不是1。
因此，可以認(rèn)為在2維計(jì)算模型中，參考值中的默認(rèn)特征長(zhǎng)度沒(méi)有必要一定設(shè)定為我們物理模型的特征長(zhǎng)度。后面也會(huì)對(duì)此有個(gè)解釋。
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