船艇耐风性试验系统耦合风场分析

摘要

为了保证设计、建造的船舶具有良好的抗风特性，必须对船舶(或模型)进行抗风性能实验。自然风场的风速、均匀度无法调节和控制，无法满足实验要求。必须建立人工模拟风场实验系统，实现在一定的区域范围内制造出一个速度可调的均匀人工侧向风场以满足实验测试需求。该实验风场系统采用多个具有一定功率的射流轴流风机组合成风阵，制造一个人工风场，在风场的射流混合区域内产生速度可调的均匀风，以满足实验系统测试要求。
　　 该实验系统的建立需要耗费很大的人力和物力，因此设计成本很高。所以在设计该实验系统前，如果用计算机对多台射流轴流风机的耦合流场进行数值模拟分析，得到风场相关数据，指导实验系统的设计，有利于最佳设计方案的选择，具有很大实用价值和经济效益。
　　 本文研究由多台射流轴流风机组合而成的风阵系统的耦合风场特性，射流轴流风机作为本实验项目的核心动力输出元件，其性能指标将直接影响实验系统的可靠性。
　　 本文利用三维软件PROE建立风机叶轮模型，在前处理软件GAMBIT中建立风机整体模拟模型并进行网格划分，然后采用CFD软件FLUENT对模型进行计算。采用标准κ-ε双方程湍流模型，分离隐式求解法、SIMPLE算法对单台隧道轴流风机内部流场及多台风机的耦合流场进行了数值模拟计算。在对模型进行网格划分时，布置合适的网格十分重要。网格尺寸过大，细小面的存在会对网格的生成和计算的收敛产生一定的影响；网格尺寸过小，计算时间又会增加。因此需要对模型作合理的简化，这些都需要设计人员在模拟过程中不断的总结经验。
　　 本论文在风机叶轮的建模和简化，以及模型网格的划分等方面进行了一定的探索，在减少网格总数量及提高数值模拟数据精确度达到平衡，希望可以对以后的风机数值模拟起到借鉴的作用。