基于FLUENT的多体船阻力研究

船模性能实验

《船模性能实验》实验报告 学习中心： 层次： 专业： 学号： 学生： 完成日期： 实验报告一 一、实验名称：船模阻力实验 二、实验目的： 主要研究船模在水中匀速直线运动时所受到的作用力及其航行状态。其具体目标包括： （1）船型研究通过船模阻力实验比较不同船型阻力性能的优劣。 （2）确定设计船舶的阻力性能 对具体设计的船舶，通过船模阻力实验，计算实船的有效功率，供设计推进器使用。 （3）预报实船性能 船模自航实验前，必须进行船模阻力实验，为分析自航实验结果预报实船提供必要的数据。 （4）系列船模实验 为提供各类船型的阻力图谱，必须进行系列船模的阻力实验。此外还有进行几何相似船模组实验，其目的在于研究推进方面的一些问题。 （5）研究各种阻力成分实验 为了研究分类，确定某种阻力成分，必须进行某些专门的实验。 （6）附体阻力实验 目的在于求得附体的阻力值以及比较不同形式的附体对阻力的影响。 （7）流线实验 在船模实验的同时，有时还要进行船模流线实验，目的在于确定舭龙骨，轴支架等附体以及船首尾侧推器开孔的位置等。

（8）航行状态的研究 在船模阻力实验时，测量船模在高速直线运动时的纵倾及升沉等状态，这对于高速排水型船，滑行快艇、水翼艇等高速船舶尤为重要。 三、实验原理： 1．简述水面船舶模型阻力实验相似准则。 （1）船模和实船保持几何相似； （2）船模实验的雷诺数e R 达到临界雷诺数以上； （3）船模和实船傅汝德数相等。 2．分别说出实验中安装激流丝和称重工作的作用。 1）安装激流丝：用1=Φmm 金属丝缚在船模的19站处使其在金属丝以后的边界层中产生紊流。 2）称重工作：准确称量船模重量和压载重量，以达到按船模缩尺比要求的实船相应的排水量。 3．船模阻力实验结果换算方法有哪些？ 常用的船模阻力实验结构换算方法有两种，即二因次方法和三因次方法。二因次方法亦称傅汝德方法；三因此方法为1978年ITTC 性能委员会推荐的换算方法。 4．简述傅汝德假定的内容，并写出傅汝德换算关系式。 傅汝德假定： ①假定船体的总阻力可以分为独立的两部分，一为摩擦阻力f R ，只和雷诺数有关， 另一个为粘压阻力pv R 和兴波阻力w R 合并后的剩余阻力r R ，只和傅汝德数有关，且适用 比较定律。 ②假定船体的摩擦阻力等于同速度、同长度、同湿面积的平板摩擦阻力。因此，可 以用平板摩擦阻力公式计算船体的摩擦阻力，通常称为相当平板摩擦 傅汝德换算关系： 3 )(αρρm s fm tm fs ts R R R R -+= 四、实验内容： （一）填写实验主要设备表 名称 说明 拖曳水池 水池狭而长，配置有拖动设备和测量仪器，以测得船模在不同速度下的阻 力值。实验池的水采用淡水，船池尺度决定了船模大小和速度。 大连理工大学船模试验水池长160m ，宽7 m ，水深3.7 m 。拖车速度0~8m/s, 速度精度±1 mm/s 。配有摇板式规则波造波机。

fluent 软件介绍

百科名片 Fluent是目前国际上比较流行的商用CFD软件包，在美国的市场占有率为60%，凡是和流体、热传递和化学反应等有关的工业均可使用。它具有丰富的物理模型、先进的数值方法和强大的前后处理功能，在航空航天、汽车设计、石油天然气和涡轮机设计等方面都有着广泛的应用。 简介 Fluent算例 CFD商业软件FLUENT，是通用CFD软件包，用来模拟从不可压缩到高度可压缩范围内的复杂流动。由于采用了多种求解方法和多重网格加速收敛技术，因而FLUENT能达到最佳的收敛速度和求解精度。灵活的非结构化网格和基于解的自适应网格技术及成熟的物理模型，使FLUENT在转换与湍流、传热与相变、化学反应与燃烧、多相流、旋转机械、动/变形网格、噪声、材料加工、燃料电池等方面有广泛应用。 基本特点 FLUENT软件具有以下特点： FLUENT软件采用基于完全非结构化网格的有限体积法，而且具有基于网格节点和网格单元的梯度算法； 定常/非定常流动模拟，而且新增快速非定常模拟功能； Fluent 前处理网格划分 FLUENT软件中的动/变形网格技术主要解决边界运动的问题，用户只需指定初始网格和运动壁面的边界条件，余下的网格变化完全由解算器自动生成。网格变形方式有三种：弹簧压缩式、动态铺层式以及局部网格重生式。其局部网格重生式是FLUENT所独有的，而

且用途广泛，可用于非结构网格、变形较大问题以及物体运动规律事先不知道而完全由流动所产生的力所决定的问题； FLUENT软件具有强大的网格支持能力，支持界面不连续的网格、混合网格、动/变形网格以及滑动网格等。值得强调的是，FLUENT软件还拥有多种基于解的网格的自适应、动态自适应技术以及动网格与网格动态自适应相结合的技术； FLUENT软件包含三种算法：非耦合隐式算法、耦合显式算法、耦合隐式算法，是商用软件中最多的； FLUENT软件包含丰富而先进的物理模型，使得用户能够精确地模拟无粘流、层流、湍流。湍流模型包含Spalart-Allmaras模型、k-ω模型组、k-ε模型组、雷诺应力模型(RSM)组、大涡模拟模型(LES)组以及最新的分离涡模拟(DES)和V2F模型等。另外用户还可以定制或添加自己的湍流模型； 适用于牛顿流体、非牛顿流体； 含有强制/自然/混合对流的热传导，固体/流体的热传导、辐射； 化学组份的混合/反应； 自由表面流模型，欧拉多相流模型，混合多相流模型，颗粒相模型，空穴两相流模型，湿蒸汽模型； 融化溶化/凝固；蒸发/冷凝相变模型； 离散相的拉格朗日跟踪计算； 非均质渗透性、惯性阻抗、固体热传导，多孔介质模型（考虑多孔介质压力突变）； 风扇，散热器，以热交换器为对象的集中参数模型； 惯性或非惯性坐标系，复数基准坐标系及滑移网格； 动静翼相互作用模型化后的接续界面； 基于精细流场解算的预测流体噪声的声学模型； 质量、动量、热、化学组份的体积源项； 丰富的物性参数的数据库； 磁流体模块主要模拟电磁场和导电流体之间的相互作用问题； 连续纤维模块主要模拟纤维和气体流动之间的动量、质量以及热的交换问题； 高效率的并行计算功能，提供多种自动/手动分区算法；内置MPI并行机制大幅度提高并行效率。另外，FLUENT特有动态负载平衡功能，确保全局高效并行计算； FLUENT软件提供了友好的用户界面，并为用户提供了二次开发接口（UDF）； FLUENT软件采用C/C++语言编写，从而大大提高了对计算机内存的利用率。 在CFD软件中，Fluent软件是目前国内外使用最多、最流行的商业软件之一。Fluent 的软件设计基于"CFD计算机软件群的概念",针对每一种流动的物理问题的特点，采用适合于它的数值解法在计算速度、稳定性和精度等各方面达到最佳。由于囊括了Fluent Dynamical International比利时PolyFlow和Fluent Dynamical International(FDI)的全部技术力量(前者是公认的在黏弹性和聚合物流动模拟方面占领先地位的公司,后者是基于有限元方法CFD软件方面领先的公司),因此Fluent具有以上软件的许优点 软件简介

基于fluent的阻力计算

基于fluent的兴波阻力计算本文主要研究内容 本文的工作主要涉及小型航行器在近水面航行时的绕流场及兴波模拟和阻力的数值模拟两个方面。在阅读大量文献资料的基础上，通过分析、比较上述领域所采用的理论和方法，针对目前需要解决的问题，选择合理的方法加以有机地综合运用。具体工作体现在以下几个方面： 1．本人利用FLUENT软件的前处理软件GAMBIT自主建立简单回转体潜器模型，利用FLUENT求解器进行计算，得出在不同潜深下潜器直线航行的绕流场、自由面形状及阻力系数的变化情况。 2．通过对比潜器在不同潜深情况下的阻力系数，论证了增加近水面小型航行器的深度可以有效降低阻力。通过对模型型线的改动，为近水面小型航行器的型线设计提供了一定的参考。通过改变附体形状和位置计算了附体对阻力的影响程度，为附体的优化设计提供了一定的依据。 计算模型

航行器粘性流场的数值计算理论 水动力计算数学模型的建立 根据流体运动时所遵循的物理定律，基于合理假设（连续介质假设）用定量的数学关系式表达其运动规律，这些表达式成为流体运动的数学模型，它们是对流体运动的一种定量模型化，称为流体运动控制方程组。根据控制方程组，结合预先给定的初始条件和边界条件，就可以求解反映流体运动的变量值，从而实现对流体运动的数值模拟预报，形成分析报告。 基于连续介质假设的流体力学中流体运动必须满足要遵循的物理定律: 1) 质量守恒定律 2）动量守恒定律 3）能量守恒定律 4）组分质量守恒方程 针对具体研究的问题，有选择的满足上述四个定律。船体的粘性不可压缩绕流运动，如果不考虑水温对水物理性质的影响，水的密度和分子粘性系数都是常数，同时没有能量的转换，就仅仅需要满足质量守恒定律、动量守恒定律。在满足这些定律下所建立的数学模型称为Navier-Stokes方程。 另外，自由液面的存在也需要建立合适的数学模型。本文是利用FLUENT 进行数值模拟，而软件里面关于自由液面模拟是用界面追踪方法的一种－流体体积法（VOF）,基于该方法所建立的数学模型称为流体体积分数方程。另外，高雷诺数下的水动力问题还需要考虑粘性不可压缩流体的湍流运动。对于湍流运动的数值模拟一直是流体力学数值计算的一个难点。直接数值模拟（DNS）目前还仅仅在院校中研究，而且也仅限于二维流体问题。大涡模拟（LES）向工程应用的过渡似乎还没有完成，并且就高雷诺数问题而言，对计算机硬件要求很苛刻。目前，从算法的可行性、硬件要求的可实现性、完成任务所消耗时间和人力等方面看，基于湍流模型的数值计算更为工程实际所接受。本章将会对各种湍流模型加以介绍。 粘性不可压缩流体流动数学模型 连续方程 任何流动问题都必须满足质量守恒方程即：连续方程。根据连续介质假设，单位时间内流体微团的质量变化等于同时间间隔内进入微团的总净质量。按照这一定律，连续方程数学表达式写为： （2.1） 以上是在笛卡尔直角坐标系下表示，上面给出的是瞬态可压流体连续方程。由于对于潜艇粘性流场介质的不可压缩，密度ρ为常数，引入散度算子，则方程（2.1）变成为： （2.2）式中：速度矢量V= { u ,v, w }。上式为粘性不可压缩流体运动的连续方程。 动量方程

免费在线作业答案大工15春《船模性能实验》实验报告及要求答案

大工15春《船模性能实验》实验报告及要求答案 船模性能实验》实验报 学习中心： 层次：专升本 专业：船舶与海洋工程 学号： 学生： 完成日期： 《告 大学物理实验报告模板 实验报告一 一、实验名称：船模阻力实验 二、实验目的：主要研究船模在水中匀速直线运动时所受到的作用力及其航 行状态。其具体目标包括：（1）船型研究通过船模阻力实验比较不同船型阻力性 能的优劣。（2）确定设计船舶的阻力性能;对具体设计的船舶，通过船模阻力实 验，计算实船的有效功率，供设计推进器应用。（3）预报实船性能;船模自航实验前，必须进行船模阻力实验，为分析自航实验结果预报实船提供必要的数据。 （4）系列船模实验;为提供各类船型的阻力图谱，必须进行系列船模的阻力实验。 此外还有进行几何相似船模组实验，其目的在于研究推进方面的一些问题。（5） 研究各种阻力成分实验;为了研究分类，确定某种阻力成分，必须进行某些专门 的实验。（6）附体阻力实验;目的在于求得附体的阻力值以及比较不同形式的附 体对阻力的影响。（7）流线实验;在船模实验的同时，有时还要进行船模流线实验，目的在于确定舭龙骨，轴支架等附体以及船首尾侧推器开孔的位置等。 （8）航行状态的研究;在船模阻力实验时，测量船模在高速直线运动时的纵倾及升沉等状态，这对于高速排水型船，滑行快艇、水翼艇等高速船舶尤为重要。 三、实验原理： 1．简述水面船舶模型阻力实验相似准则。 （1）船模与实船保持几何相似。 （2）船模实验的雷诺数达到临界雷诺数以上。 （3）船模与实船傅汝德数相等。 2．分别说出实验中安装激流丝和称重工作的作用。 称量船模重量和压载重量，以达到按船模缩尺比要求的实船相应的排水量。 3．船模阻力实验结果换算方法有哪些？ F=1mm金属丝缚在船模的19站处使其在金属丝以后的边界层 中产生紊流。2）称重工作：准确称量船模重量和压载重量，以达到按船模缩尺比要求的实船相应的排水量。 3．船模阻力实验结果换算方法有哪些？ 常用的船模阻力实验结构换算方法有两种，即二因次方法和三因次方法。二因次 方法亦称傅汝德方法；三因此方法为1978年ITTC性能委员会推荐的换算方法。 4．简述傅汝德假定的内容，并写出傅汝德换算关系式。 只与雷诺数有关，另一个为粘压阻力Rf，Rpv和兴波阻力Rw合并后的剩余阻力Rr， 只与傅汝德数有关，且适用比较定律。②假定船体的摩擦阻力等于同速度、同 长度、同湿面积的平板摩擦阻力。因此，可以用平板摩擦阻力公式计算船体的摩 擦阻力，通常称为相当平板摩擦。 Rts=Rfs+(Rtm-Rfm)

船模摇荡实验报告

实验报告三 一、实验名称：船模摇荡实验 二、实验目的：①确定待设计或已建造船舶的耐波性,判断是否满足使用要求。 ②寻找，评价减摇措施，或者优良船型。 ③测定水动力系数，供理论计算及机理研究。 ④测定其载荷加速度，供结构和强度使用，砰击还与振动有关，某些设备（如电子侦查设备，水面发射武器等）要求。 三、实验原理： 1．简述耐波性主要研究的内容，并描述什么样的船耐波性比较好？ 船舶摇荡运动主要研究由波浪干扰引起的船舶往复运动，其中横摇、纵摇和垂荡对船舶航行影响最大，是研究船舶摇荡运动的主要内容。 2．简述船舶摇荡实验的相似准则。 要求符合船模与实船保持几何相似、运动相似和动力相似。 3．简述船舶的十二种运动形式的名称，并指出哪些属于往复运动。 船舶的十二种运动形式包括：横倾、纵倾、回转、横摇、纵摇、首摇、前进或后退、横漂、上浮或下沉、纵荡、横荡、垂荡。其中属于往复运动的有，横摇、纵摇、首摇、纵荡、横荡、垂荡。 4．对造波机造的波浪的要求都有哪些？ 波浪的波长取决于造波机的频率，而波高则随造波机的振幅变化。造波机的频率和振幅保持稳定不变时造出的波浪为规则波，如果使其频率和振幅按随机规律变化，则会造出不规则波浪。试验时要保证波浪的频率、浪高，避免波浪反射回去。 四、实验内容：

（一）填写实验主要设备表 （二）实验步骤： 1．摇荡实验程序 （1）船模准备：除满足几何相似外，船模本体应当较轻，易于调整惯量；（2）调整重心高度，调整纵向惯性矩，在水中测横向摇摆周期。 （3）船模上安装陀螺、加速度计等仪器均应固定在适当位置。船模两端在重心高度位置系上两根细绳； （4）造波机准备：调整造波参数使之满足本次实验要求； 浪高仪准备：安装并校准浪高仪，确定标定系数； （5）零速横摇实验时用船模两端细绳将模型固定在水池适当位置，注意模型必须在浪高仪后方；纵向运动实验时将模型连接在拖车下，注意导向装置对船模在纵向运动不会形成约束； （6）启动造波机制造波浪，当船模摇荡进入稳定状态时记录数据。 五、问题与思考： 1．船模惯性矩计算中，纵向惯性半径和横向惯性半径怎么选取？ 第15届ITTC建议，取0.25船舶两柱间长作为船舶的纵向惯性半径，0.35船宽作为船舶的横向惯性半径,以此来计算船舶的质量惯性矩。 2．为什么要进行船模惯性调整？ 模型惯性调整是耐波性实验的重要环节。即按照模型实验相似性原则，将模型的重心位置、纵横向惯性矩调整到设计要求。

FLUENT算例 (5)搅拌桨底部十字挡板的流场分析

搅拌桨底部十字挡板的流场分析搅拌设备在各个行业运用的十分广泛，搅拌就是为了更够更快速更高效的将物质与介质充分混合，发生充分的反应，而搅拌中存在着许多不利于混合的情况，比如液体旋流。为了解决这个问题，之前很多人提出在罐体的侧壁上增加挡板，可以抵消大部分旋流，然后大部分都是研究侧挡板的，对于底部挡板的研究十分少，本文就在椭圆底部挡板增加十字型挡板，对罐体中进行流场分析。 1．Gambit建模 首先用Gambit建模图形如下： 图1：Gambit建立的模型 分为两个区域，里面的圆柱为动区域，外面包着的大圆柱设为静区域，静区域划分网格大，划分粗糙，内部动区域划分网格小，划分精细。边界条件主要设置了轴，搅拌桨，底部挡板，上层液面。以下就是fluent进行数值模拟。 2.fluent数值模拟 2.1导入case文件

2.2对网格进行检查 Minimum volume的数值大于0即可。 图2网格检查2.3调节比例 单位选择mm单位。 图3比例调节2.4定义求解器参数 设置如图4所示

图4设置求解器参数2.5设置能量线 图5能量线 2.6设置粘度模型，选择k-e模型 k-e模型对该模型模拟十分实用。

图6粘度模型2.7定义材料 介质选择液体水。 2.8定义操作条件

由于存在着终于，建模时的方向向上，所以在Z轴增加一个重力加速度。 图8操作条件 2.9定义边界条件 在边界设置重，动区域如图所示，将材料设成水，motion type设成moving reference frame （相对滑动），转速设为10rad/s，单位可在Define中的set unit中的angular-velocity设置。而在在轴的设置中，如上图所示，将wall motion设成moving wall，motion设成Absolute，速度设成-10，由于轴跟动区域速度是相对的，所以设成反的。

船模实训报告

网络教育学院 船模性能实验》实验报 学习中心： 层次：专升本 专业：船舶与海洋工程 学号： 学生： 完成日期： 2013年2月6日 《告 实验报告一 一、实验名称：船模阻力实验 二、实验目的：主要研究船模在水中匀速直线运动时所受到的作用力及其航 行状态。其具体目标包括：（1）船型研究通过船模阻力实验比较不同船型阻力性 能的优劣。（2）确定设计船舶的阻力性能;对具体设计的船舶，通过船模阻力实 验，计算实船的有效功率，供设计推进器应用。（3）预报实船性能;船模自航实验前，必须进行船模阻力实验，为分析自航实验结果预报实船提供必要的数据。 （4）系列船模实验;为提供各类船型的阻力图谱，必须进行系列船模的阻力实验。 此外还有进行几何相似船模组实验，其目的在于研究推进方面的一些问题。（5） 研究各种阻力成分实验;为了研究分类，确定某种阻力成分，必须进行某些专门 体对阻力的影响。（7）流线实验;在船模实验的同时，有时还要进行船模流线实验，目的在于确定舭龙骨，轴支架等附体以及船首尾侧推器开孔的位置等。 （8）航行状态的研究;在船模阻力实验时，测量船模在高速直线运动时的纵倾及升沉等状态，这对于高速排水型船，滑行快艇、水翼艇等高速船舶尤为重要。 三、实验原理： 1．简述水面船舶模型阻力实验相似准则。 （1）船模与实船保持几何相似。 （2）船模实验的雷诺数达到临界雷诺数以上。 （3）船模与实船傅汝德数相等。 2．分别说出实验中安装激流丝和称重工作的作用。 称量船模重量和压载重量，以达到按船模缩尺比要求的实船相应的排水量。 3．船模阻力实验结果换算方法有哪些？ ??1mm金属丝缚在船模的19站处使其在金属丝以后的边界层 中产生紊流。2）称重工作：准确称量船模重量和压载重量，以达到按船模缩尺比要求的实船相应的排水量。 3．船模阻力实验结果换算方法有哪些？ 常用的船模阻力实验结构换算方法有两种，即二因次方法和三因次方法。二因次 方法亦称傅汝德方法；三因此方法为1978年ittc性能委员会推荐的换算方法。 4．简述傅汝德假定的内容，并写出傅汝德换算关系式。 只与雷诺数有关，另一个为粘压阻力rf，rpv和兴波阻力rw合并后的剩余阻力rr， 只与傅汝德数有关，且适用比较定律。②假定船体的摩擦阻力等于同速度、同 长度、同湿面积的平板摩擦阻力。因此，可以用平板摩擦阻力公式计算船体的摩 擦阻力，通常称为相当平板摩擦。rts?rfs?(rtm?rfm) 傅汝德换算关系：

大工17春《船模性能实验》实验报告.doc

姓名：__________________________ 报名编号：_______________________ 学习中心：_______________________ 层次：__________________________ 专业：__________________________ 实验1:船模阻力实验 一、实验知识考察 1、简述水面船舶模型阻力实验相似准则。 答：由阻力相似定律可知：如果船模和实船能实现全相似，即船模和实船同时滿足Re和Fr数相等，则可由船模试验结果直接获得实船的总阻力系数，实船的总阻力也可精确确定。但是船模和实船同时滿足Re和Fr数相等的所谓全相似条件实际上是难以实现的。 船摸与实船保持几何相似； 船模试验的雷诺数Re达到临界雷诺数以上； 船摸与实船傅汝德数相等。 2、船模阻力实验结果换算方法有哪些？ 答：常用的船模阻力试验结果换算方法有两种，即二因次方法和三因次方法?二因 次方法亦称傅汝德方法；三因次方法（也称1+K法）为1978年ITTC性能委员会推荐的换算方法?这两种方法的区别在于对粘性阻力的处理原则不同。 二、实验后思考题 1、船模阻力实验结果换算方法之间的区别是什么？ 答：常用的船模阻力实验结构换算方法有两种，即二因次方法和三因次方法。这两种方法的区别在于对粘性阻力的处理原则不同。 2、实船摩擦阻力计算中，粗糙度补贴系数是根据什么选取的？ 答:实船船体表面比较粗糙，故实船摩擦阻力为其中为粗糙度补贴系数，按不同船长选取。

实验2:螺旋桨敞水实验 、实验知识考察 1、简述螺旋桨模型敞水实验必须满足的条件。 答：根据敞水试验相似定理的讨论，螺旋桨模型敞水试验必须满足以下条件： 1)几何相似； 2)螺旋桨模型有足够的浸深(傅汝德数可不考虑); 为了消除自由表面对螺旋桨水动力性影响，桨模的浸深一般应满足 hs>=(0.625-1.0)Dm hs为桨轴中心线距水表面的距离(m), Dm为桨模直径。 3)试验时雷诺数应大于临界雷诺数； 5 Re=3.0*10 ( 一) 4)进速系数相等。 2、简述螺旋桨敞水实验的实验步骤。 答：(一)敞水实验准备 (1)桨模制作：敞水桨模直径为0.2-0.3m,通常用巴氏合金、铜合金、不锈钢或 铝等合金。桨模精度在0.05mm； (2)将敞水动力仪固定在水池拖车上，预先应进行校验和标定； (3)将桨模安装在敞水动力仪上，叶背向前，浸没深度大于桨径。 (二)敞水实验程序 (1)零航速敞水实验，按预定转速开动敞水动力仪，测Tt，Qt。 (2)按预定转速开动敞水动力仪，同时开动拖车，使螺旋桨进速系数达到预定值。 (3)当拖车速度稳定时，记录拖车速度Va，浆转速n，推力Tt，扭矩Qt,完成一进速的实验。 (4)系列变化拖车速度，完成全部实验内容，注意各次之间应有足够的等水时间。 (5)用尺寸、重量相近的假毂代替桨模，重复上述实验，测得敞水动力仪自身的推力Ts，扭矩Qs，用以进行修正。 (6)扭矩修正值，测的Qs是尾轴摩擦损失，与转速有关。螺旋桨吸收的净扭矩。

FLUENT算例 (9)模拟燃烧

计算流体力学作业FLUENT 模拟燃烧 问题描述：长为2m、直径为0.45m的圆筒形燃烧器结构如图1所示，燃烧筒壁上嵌有三块厚为0.0005 m，高0.05 m的薄板，以利于甲烷与空气的混合。燃烧火焰为湍流扩散火焰。在燃烧器中心有一个直径为0.01 m、长为0.01 m、壁厚为0.002 m的小喷嘴，甲烷以60 m/s的速度从小喷嘴注入燃烧器。空气从喷嘴周围以0.5 m/s的速度进入燃烧器。总当量比大约是0.76(甲烷含量超过空气约28%)，甲烷气体在燃烧器中高速流动，并与低速流动的空气混合，基于甲烷喷嘴直径的雷诺数约为5.7×103。 假定燃料完全燃烧并转换为:CH4+2O2→CO2+2H2O 反应过程是通过化学计量系数、形成焓和控制化学反应率的相应参数来定义的。利用FLUENT的finite-rate化学反应模型对一个圆筒形燃烧器内的甲烷和空气的混合物的流动和燃烧过程进行研究。 1、建立物理模型，选择材料属性，定义带化学组分混合与反应的湍流流动边界条件 2、使用非耦合求解器求解燃烧问题 3、对燃烧组分的比热分别为常量和变量的情况进行计算，并比较其结果 4、利用分布云图检查反应流的计算结果 5、预测热力型和快速型的NO X含量 6、使用场函数计算器进行NO含量计算 一、利用GAMBIT建立计算模型 第1步启动GAMBIT，建立基本结构 分析：圆筒燃烧器是一个轴对称的结构，可简化为二维流动，故只要建立轴对称面上的

二维结构就可以了，几何结构如图2所示。 (1)建立新文件夹 在F盘根目录下建立一个名为combustion的文件夹。 (2)启动GAMBIT (3)创建对称轴 ①创建两端点。A(0,0,0)，B(2,0,0) ②将两端点连成线 (4)创建小喷嘴及空气进口边界 ①创建C、D、E、F、G点

船模自航试验及实船性能预估船舶阻力与推进

文档来源为:从网络收集整理.word 版本可编辑.欢迎下载支持. 第六章 船模自航试验及实船性能预估 为了获得螺旋桨与船体之间的相互作用诸因素，如伴流分数、推力减额分数以及其他相互作用系数，应进行三种试验：船模阻力试验、螺旋桨敞水试验及有附体的船模自航试验。 船模自航试验是分析研究各种推进效率成分的重要手段。对于给定的船舶来说，通过自航试验应解决两个问题： ① 预估实船性能，即给出主机马力、转速和船速之间的关系，从而给出实船的预估航速，验证设计的船舶是否满足任务书中所要求的航速。 ② 判断螺旋桨、主机、船体之间的配合是否良好。如果配合不佳，则需考虑重新设计螺旋桨。 此外，根据实船试航结果与相应的船模自航试验数据，可以进行船模及实船的相关分析，积累资料以便改进换算办法，使船模试验预报实船的性能更正确可靠。 § 6-1 自航试验的相似条件及摩擦阻力修正值 一、相似定律 在船模阻力试验时，我们只满足了傅氏数相同的条件，对于船模的雷诺数只要求超过临界数值。因此， 上式中，下标带m 者表示模型数值，带s 者表示实船数值(以下相同)。在螺旋桨敞水试验时，只满足进速系数相同的条件，对于螺旋桨模型的雷诺数也只要求超过临界数值，因此， 在进行船模的自航试验时，两者都要求满足，根据几何相似，有： 则满足傅氏数相等时有： λV V /s m = (6-1) 满足进速系数相等时有： λn V n V m Am s As = 由于 ()s s As 1V ωV -=，()m m Am 1V ωV -= 故 ()()λn V ωn V ωm m m s s s 11-= - 或 ??? ? ? ?--=s m s m 11ω ω λn n 假定伴流无尺度作用，则m s ωω=，因此，可得： λn n s m = (6-2) (6-1)及(6-2)两式是船模自航试验应满足相似定律的条件，由于船后螺旋桨满足了进速系 数相等的条件，因此在不考虑尺度作用的情况下，螺旋桨实桨及其模型在推力、转矩及收到马力方面存在下列关系：

大涡模拟的FLUENT算例2D

Tutorial:Modeling Aeroacoustics for a Helmholtz Resonator Using the Direct Method(CAA) Introduction The purpose of this tutorial is to provide guidelines and recommendations for the basic setup and solution procedure for a typical aeroacoustic application using computational aeroacoustic(CAA)method. In this tutorial you will learn how to: ?Model a Helmholtz resonator. ?Use the transient k-epsilon model and the large eddy simulation(LES)model for aeroacoustic application. ?Set up,run,and perform postprocessing in FLUENT. Prerequisites This tutorial assumes that you are familiar with the user interface,basic setup and solution procedures in FLUENT.This tutorial does not cover mechanics of using acoustics model,but focuses on setting up the problem for Helmholtz-Resonator and solving it.It also assumes that you have basic understanding of aeroacoustic physics. If you have not used FLUENT before,it would be helpful to?rst review FLUENT6.3User’s Guide and FLUENT6.3Tutorial Guide. Problem Description A Helmholtz resonator consists of a cavity in a rigid structure that communicates through a narrow neck or slit to the outside air.The frequency of resonance is determined by the mass of air in the neck resonating in conjunction with the compliance of the air in the cavity. The physics behind the Helmholtz resonator is similar to wind noise applications like sun roof bu?eting. We assume that out of the two cavities that are present,smaller one is the resonator.The motion of the?uid takes place because of the inlet velocity of27.78m/s(100km/h).The ?ow separates into a highly unsteady motion from the opening to the small cavity.This unsteady motion leads to a pressure?uctuations.Two monitor points(Point-1and Point-2) act as microphone points to record the generated sound.The acoustic signal is calculated within FLUENT.The?ow exits the domain through the pressure outlet.

大涡模拟的fluent算例

Introduction:This tutorial demonstrates how to model the2D turbu-lent?ow across a circular cylinder using LES(Large Eddy Simula-tion),and compute?ow-induced noise(aero-noise)using FLUENT’s acoustics model. In this tutorial you will learn how to: ?Perform2D Large Eddy Simulation(LES) ?Set parameters for an aero-noise calculation ?Save surface pressure data for an aero-noise calculation ?Calculate aero-noise quantities ?Postprocess an aero-noise solution Prerequisites:This tutorial assumes that you are familiar with the menu structure in FLUENT,and that you have solved or read Tu-torial1.Some steps in the setup and solution procedure will not be shown explicitly. Problem Description:The problem considers turbulent air?ow over a2D circular cylinder at a free stream velocity U of69.19m/s. The cylinder diameter D is1.9cm.The Reynolds number based on the?ow parameters is about90000.The computational do-main(Figure3.0.1)extends5D upstream and20D downstream of the cylinder,and5D on both sides of it.If the computational domain is not taken wide enough on the downstream side,so that no reversed?ow occurs,the accuracy of the aero-noise prediction may be a?ected.The rule of thumb is to take at least20D on the downstream side of the obstacle. c Fluent Inc.June20,20023-1

基于FLUENT的水下子弹数值模拟

基于FLUENT的水下子弹数值模拟 一、问题介绍 Fluent是目前处于领先地位的CFD软件包之一，它为流体力学领域提供了强大丰富的计算平台。针对各种复杂流动的物理现象，fluent可以采用不同的离散格式和插值方法，在特定区领域内使计算速度、稳定性和精度等方面达到最佳组合。但是针对特殊的物理情景，其自身无法提供完全近似的物理模型，必须通过其自带的自定义函数UDF(user Defined function)对其进行二次开发。例如，对于水下航行的子弹，现有的模块不能模拟子弹运动过程，只能给定一个逆向的速度入口边界条件来实现，即水动子弹不动。为了更近似的模拟子弹运动过程，需要对FLUENT进行二次开发。 本文采取的方法是利用用户自定义函数UDF，对fluent进行二次改造，采用动网格技术，对子弹匀速运动进行模拟。 二、物理平台 本文用到的软件包括：前处理软件gambit,计算软件fluent12.0,UDF支持语言microsoft visual C++6.0,后处理软件tecplot. Gambit用于建立几何模型，划分网格。本算例采用二维轴对称模型，子弹以一矩形近似代替。 Fluent用于计算子弹运动流场特性，包括速度，压力，阻力等。本算例涉及到子弹运动，需要采用动网格技术，即网格在计算过程不断变化更新，因此通过UDF对fluent进行二次开发。其中UDF是fluent自带的宏命令，其运行环境是C语言，所以必须在计算机中提空支持C语言的运算环境microsoft visual C++6.0（也可以是其他更高版本）。 Tecplot为计算结果后处理软件，可以制作动画，云图等。 三、动网格简介 1.spring based smoothing 弹簧近似光滑模型 2.dynamic layering 动态分层模型 3.local remeshing 局部重构模型 三种动网格技术有自己的使用范围，其中弹簧近似光滑模型对于结构和非结构化网格都适用，对于模拟物体小范围运动或者变形有巨大优势，而对于大范围移动却无法实现，一般情况下此方法很少单独使用，通常是配合后面两种动网格技术使用。网格局部重构模型只适合四面体网格和三角形网格，可以用于模拟大范围平移和旋转，同时在模拟复杂边界移动具有很大优势。动态分层模型只是用于结构化网格，对于三角形和四面体网格则毫无用处。由于本文采用此方法，这里讲具体介绍此模型： 动态分层模型（dynamic layering），对于规则计算域，划分规则四边形网格后，采用此模型有利于实现物体的单方向平动，其优点是不需要网格重构，不会改变运动体周围的网格形态，节约了网格更新的时间，同时能保证网格一致性，提高计算效率。此方法的弱点在于无法模拟物体旋转运动，无论对于二维还是三维模型，只能解决物体平动问题。 此方法的思想是当网格边界缩短小于设定值时自动与上一个网格合并成，而当网格被拉伸小于设定的最大网格线长度时，又自动分裂成两个网格。 无论是哪种动网格模型，对内部的参数设置要求十分严格，若参数设置不当，可能出现

FLUENT算例 (3)三维圆管紊流流动状况的数值模拟分析

三维圆管紊流流动状况的数值模拟分析 在工程和生活中，圆管内的流动是最常见也是最简单的一种流动，圆管流动有层流和紊流两种流动状况。层流，即液体质点作有序的线状运动，彼此互不混掺的流动；紊流，即液体质点流动的轨迹极为紊乱，质点相互掺混、碰撞的流动。雷诺数是判别流体流动状态的准则数。本研究用CFD 软件来模拟研究三维圆管的紊流流动状况，主要对流速分布和压强分布作出分析。 1 物理模型 三维圆管长2000mm l =，直径100mm d =。 流体介质：水，其运动粘度系数6 2 110m /s ν-=?。 Inlet ：流速入口，10.005m /s υ=，20.1m /s υ= Outlet ：压强出口 Wall ：光滑壁面，无滑移 2 在ICEM CFD 中建立模型 2.1 首先建立三维圆管的几何模型Geometry 2.2 做Blocking 因为截面为圆形，故需做“O ”型网格。

2.3 划分网格mesh 注意检查网格质量。 在未加密的情况下，网格质量不是很好，如下图 因管流存在边界层，故需对边界进行加密，网格质量有所提升，如下图

2.4 生成非结构化网格，输出fluent.msh等相关文件 3 数值模拟原理 紊流流动

当以水流以流速20.1m /s υ=，从Inlet 方向流入圆管，可计算出雷诺数10000υd Re ν ==，故圆管内流动为紊流。 假设水的粘性为常数（运动粘度系数62 110m /s ν-=?）、不可压流体，圆管光滑，则流动的控制方程如下： ①质量守恒方程： ()()()0u v w t x y z ρρρρ????+++=???? (0-1) ②动量守恒方程： 2()()()()()()()()()()[]u uu uv uw u u u t x y z x x y y z z u u v u w p x y z x ρρρρμμμρρρ??????????+++=++??????????'''''????+---- ???? (0-2) 2 ()()()()()()()()()()[]v vu vv vw v v v t x y z x x y y z z u v v v w p x y z y ρρρρμμμρρρ??????????+++=++??????????'''''????+- ---???? (0-3) 2 ()()()()()()()()()()[]w wu wv ww w w w t x y z x x y y z z u w v w w p x y z z ρρρρμμμρρρ??????????+++=++??????????'''''????+- ---???? (0-4) ③湍动能方程： ()()()()[())][())][())]t t k k t k k k ku kv kw k k t x y z x x y y k G z z μμρρρρμμσσμμρεσ????????+++=+++????????? ?+ ++-?? (0-5) ④湍能耗散率方程： 212()()()()[())][())][())]t t k k t k k u v w t x y z x x y y C G C z z k k εεμμρερερερεεεμμσσμεεεμρσ??????? ?+++=+++??????????+++-?? (0-6) 式中，ρ为密度，u 、ν、w 是流速矢量在x 、y 和z 方向的分量，p 为流体微元体上的压强。 方程求解：采用双精度求解器，定常流动，标准ε-k 模型，SIMPLEC 算法。 4 在FLUENT 中求解计算紊流流动 4.1 FLUENT 设置 除以下设置为紊流所必须设置的外，其余选项和层流相同，不再详述。

基于FLUENT的某微型面包车外流场数值仿真分析

基于FLUENT的某微型面包车外流场数值仿真分析 摘要：利用UG对某微型轿车进行三维实体建模，将其导入前处理软件ANSYS ICEM中，建立计算域后网格化。用CFD 软件FLUENT对汽车模型的外流场进行三维稳态流动数值模拟，得出汽车周围流场的气流速度和压力分布，并通过计算得到了该车的阻力系数，该仿真分析的数据为进行汽车气动特性分析提供基础，可进一步指导汽车的设计开发。 关键字：汽车空气动力学；计算流体动力学；FLUENT；外流场 ABSTRACT：The 3D model of a mini car is carried out by UG, and then it is introduced into the pre-processing software ANSYS ICEM to establish the computational domain grid. By using the software of CFD FLUENT is to the automobile model flow field numerical simulation of three-dimensional steady flow, flow velocity and pressure distribution of the flow field around the car, the car and the drag coefficient is obtained by calculating, the simulation data for automobile gas analysis provide the basic dynamic characteristics, design and development can further guide the car. Keywords: Automobile aerodynamics；CFD；FLUENT；Outflow field 引言 空气动力学特性是汽车的重要特性之一。汽车行驶时与空气产生复杂的相互作用，承受着强大的气动力，对汽车的行驶状态有着重大影响；汽车行驶时受到的空气阻力与汽车速度平方成正比，汽车克服空气阻力所消耗的功率和燃料与车速的三次方成正比。因此，对汽车外流场空气动力学的研究，不仅可以提高汽车动力性和安全性，还可以提高汽车的燃料经济性。 目前，汽车空气动力学的研究主要有三种方法，即风洞实验、理论分析和计算流体动力学（Computational Fluid Dynamics，CFD）分析。随着计算机技术的发展，计算流体动力学相对于实验和理论计算具有成本低、周期短等特点，因此受到越来越广泛的应用。CFD方法对于预测和改进汽车的气动性能，指导汽车产品设计具有重要意义[1-2]。故本文采用大型商业化CFD 软件的FLUENT对某微型汽车的外流场进行数值仿真分析。 1 汽车空气动力学特性与CFD 理论基础1.1 汽车空气动力学特性 在正常道路行驶过程中的汽车，通常受到两种力的作用，这两种力分别为路面与汽车之间的相互作用力和来自空气的力与力矩。其中，前者主要由汽车自身的物理属性和轮胎的滚动阻力系数等决定；另一种则是来自空气作用的力和力矩，取决于汽车的外形设计、行驶速度以及横摆角[3-4]。 气流作用于汽车上分相互垂直的三个方向的力和绕三个轴的力矩，如图1 所示；在图示坐标系中，X 方向是汽车直线行驶方向，通常的气动阻力就是指来流沿X 方向的作用力；Y 轴方向为汽车的侧向力，还有沿Z 轴方向趋于抬起汽车的升力。汽车在道路行驶过程中这三个方向的空气作用力同时存在，相互影响。除上述三个方向的力外，还有绕三个轴方向的力矩，分别为绕X 轴方向的侧倾力矩、绕Y 轴方向的俯仰力矩以及绕Z 轴方向的横摆力矩。