船桨舵协同作用下船舶操纵性CFD模拟

摘要

随着计算机性能的高速发展以及数值方法的不断完善,计算流体动力学(CFD)在船舶与海洋工程领域应用越来越广泛.上海交通大学万德成教授课题组在开源CFD平台OpenFOAM基础上,自主开发了三维数值造波和消波模块、船舶六自由度运动和带桨带舵的多级物体运动求解模块,以及浮式结构物的系泊系统求解模块等,同时引入动态重叠网格技术,形成了专门面向船舶与海洋工程的水动力学求解器naoe-FOAM-SJTU.本文采用重叠网格方法实现船、桨、舵系统复杂运动求解,并通过控制螺旋桨旋转和舵角,直接数值求解带桨带舵船舶在复杂操纵运动中的水动力变化.通过全粘性流场的整体求解,给出了自航船舶在典型操纵运动过程中的细致流场信息,分析了流场对船舶操纵运动以及船桨舵间相互干扰的影响.文中通过对全附体标准船模ONRT在静水和波浪中的操纵性进行数值预报,并同相关的试验数据进行对比验证,充分证明了naoe-FOAM-SJTU求解器在不同海况下船桨舵配合的船舶操纵性问题数值预报中的适用性和可靠性.同时,采用当前的数值手段,可以为船舶整体设计提供有效的前期评估手段.