强迫运动柱体附加质量与阻尼系数的CFD计算

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船舶在波浪中运动,会产生六自由度的摇荡,通常采用势流理论方法对其进行预报。对于纵向运动,船体所受粘性作用较小,用势流理论计算的值一般能够满足工程上的应用需求。但是,对于横摇,尤其是加入了附体之后,船体受力往往伴随着较多的粘性成分,流场中还会产生流动分离和漩涡泄出等现象,用势流理论不能很好地解决。要准确预报船舶在波浪中的横摇运动,最困难的是横摇阻尼系数的确定。目前,得到阻尼系数最有效的方法还是物理试验。但是,试验的成本高,在前期准备工作繁琐,测试结果会受到仪器设备和人员测量误差的影响,同时还存在尺度比等问题。随着计算机技术的发展,基于CFD的数值模拟方法正逐渐成为一种趋势,为解决横摇等复杂问题提供了一种新的实现手段。本文基于CFD的RANS方法,计入粘性和自由面的影响,模拟了船舶剖面柱体的单自由度摇荡运动,通过监测船体的受力,得到了横荡、垂荡、横摇及其各方向耦合的附加质量与阻尼系数。对数值计算来说,网格的质量对计算结果影响巨大,为了研究在该运动形式下的适应性网格,本文采用了两种不同的网格划分和动网格更新方式,并对计算结果进行了比较,得出在已知船体运动形式的前提下,整体计算域更新的网格要优于局部重划的网格,前者在稳定性和计算机时方面,都有较大的优势。对于横摇,采用加装舭龙骨的剖面进行计算,求解了大幅度的横摇阻尼,得出了阻尼随龙骨尺寸的变化规律,细致描述了加装舭龙骨前后,流场中的速度分布和漩涡的运动特征。
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