基于CFD仿真模擬的船模自航試驗數據處理

郭春雨，趙慶新，趙大剛

(哈爾濱工程大學 船舶工程學院，哈爾濱150001)

隨著CFD技術的發展，利用CFD技術模擬船模阻力試驗和螺旋槳敞水試驗的研究已有很多［1］，并已達到較高精度，而模擬船模自航試驗的研究很少。用CFD模擬自航試驗的難點主要有三個方面:一是模擬自航試驗需對船-槳-舵系統整體求解。以往研究船-槳-舵之間相互影響的方法是用力場模擬方法或混合面模擬來代替真實的螺旋槳［2］。這種方法只考慮了螺旋槳力的影響而沒考慮其幾何形狀，不能體現槳作用區真實流場的復雜性;二是真實的船舶在航行時流體會在船的某個部位產生流動分離。但在模型試驗時，由于模型尺寸小流動不分離，導致實驗中的流場與真實流場不相同，興波阻力較小。由于CFD技術還無法模擬激流絲，目前不能充分考慮興波阻力;三是由于CFD仿真模擬是虛擬模擬，不同于試驗中有拖車拖動，因此無法得到拖力-轉速曲線，而實船自航點的確定根據該拖力-轉速曲線，故現有的自航試驗數據處理方法并不適用于CFD仿真模擬的結果。

本文采用RANS方法進行船-槳-舵整體數值計算［3］;根據興波阻力的特點，提出忽略興波作用的處理方法;通過大量的CFD模擬計算數據和試驗數據對比，發現當船模速度和螺旋槳轉速相同時，船模系統總受力和模型試驗中的拖力相差很小;根據受力平衡方程，判斷系統總受力即為模型試驗中的拖力，由此得到拖力-轉速曲線。

1 控制方程和湍流模型

控制方程由連續方程、運動方程和能量方程組成，但由于自航試驗是在定常、恒溫下進行的，動力粘度的變化忽略不計，故只需考慮連續方程和運動方程。……