基于重叠网格方法模拟物体入水

摘要

研究物体入水问题对船舶下水、子弹入水等实际问题有重要的指导作用,物体入水问题涉及物体与水的相互作用,物体入水瞬间会引起液面骤变,入水过程伴随着液体飞溅、空泡等复杂的物理现象,对物体入水问题的数值模拟可以预测砰击力的大小和物体入水后平衡位置,为工程应用中的入水问题提供重要的理论依据.采用基于开源平台OpenFOAM开发的CFD求解器naoe-FOAM-SJTU,结合重叠网格方法对方柱和圆柱入水的问题进行数值模拟.文中先模拟了方柱入水问题,将计算得到的方柱入水瞬间的砰击力进行定性的分析,验证了求解器在模拟物体入水问题的可靠性,随后模拟了圆柱高速入水问题,得到了圆柱位移、受力以及详细的流场信息,与已有实验结果吻合良好.本文的结果可为后续研究更加复杂的物体入水问题奠定基础.