DTMB5415船绕流场数值研究陈志明伍斯杰黄晓恒摘要：本文以DTMB5415船为研究对象，应用基于URANS方法的CFD方法进行DTMB5415船设计状态下船舶绕流场研究，其中湍流模型应用SST模型，自由液面捕捉应用VOF方法；应用CFD方法对船舶阻力性能、自由表面兴波、船舶螺旋桨盘面处的标称伴流场以及尾部轴向速度场等进行数值模拟与分析；将设计状态下DTMB5415船绕流场数值模拟值与实验值对比，其船舶阻力、自由表面兴波、螺旋桨盘面标称伴流场等的良好吻合证明了网格与数值方法的正确性。本文还对船舶尾部不同截面绕流场边界层厚度以及整船边界层分布进行了研究且与实验值进行了对比。关键词：船舶绕流场；自由表面波形；标称伴流场；DTMB5415船；CFD：U661.3文献标识码：AAbstract：ThispaperstudiestheshipfieldflowaroundtheshipDTMB5415underdesignconditionbasedonURANSmethodbyusingSSTmodelandVOFmethodforfreesurfacecapture.CFDmethodisappliedtonumericalsimulationandanalysisofshipresistanceperformance，freesurfacewave，nominalwakefieldofshippropellerdiskandaxialvelocityfieldofstern.ThecomparisonandanalysisofflowfieldsimulationvalueandexperimentvaluearoundshipDTMB5415underdesignconditionandthegoodfitofshipresistance，freesurfacewave，andnominalwakefieldprovethevalidityofthegridandthenumericalmethod.Thispaperalsostudiestheflowfieldofboundarylayerthicknessanddistributionandtheboundarylayerofdifferentcrosssectionaroundshipandcomparesitwiththeexperimentalvalue.Keywords：Shipflowfield；Freesurfacewavecontourline；Nominalwakefieldofpropeller；DTMB5415ship；CFD1前言在船舶绕流场的CFD研究中，HamidSadat-Hosseini等人對KVLCC2长、短迎浪首波状态下船身自由度开放与否的船舶运动与增阻进行了模拟，并与实验值进行对比，对计算波形进行分析，最后把不同时刻船舶尾流场与PIV测量值进行对比[1]；Y.Ahmed等人分别应用粘流与势流方法进行了VLCC船舶自由表面绕流场分析[2]；ZHANGZhirong应用RANS方法进行了带有自由表面的有无螺旋桨下KCS船舶的粘性绕流场分析，并与实验值进行对比[3]；J.E.Choi等人基于CFD方法对多艘肥大型船的阻力、推进以及绕流场等进行了数值分析[4]；RobertV.Wilson等人应用URANS方法进行了水面战舰的运动、绕流场等分析[5]；激ngsenMa等人应用夹气亚格子模型进行了船身泡状流的模拟[6]；万德成等人应用水平集方法进行了Wigley船粘性绕流场的数值模拟[7]；王金宝等人进行了低速肥大船舶尾流场的数值模拟，尾流场模拟“钩状”效果明显[8]；J.Kim等人应用毕托耙、伺服探针浪高仪、立体摄像机等对KCS和KVLCC的船舶周围流场以及自由表面兴波进行了测量与研究[9]；Sang-JoonLee等人应用PIV对Lpp=1.5m的KCS船不同切面绕流场进行了测量，测量结果清晰的显示了船舶舭涡等流场特性[10]；Calcagno，G等人应用立体PIV对带有5叶桨的船模尾流场进行测量，该项研究展现出立体PIV在船舶尾流场测量领域的潜力[11]；JungYeopLee等应用粒子图像测速仪对某集装箱船满载状态、压载状态下尾部伴流场进行了测量，得到船舶不同装载状态尾部精细流场[12]。以上研究充分证明了CFD进行船舶水动力性能的可靠性，也为本文压载状态下船舶绕流场的数值分析提供了借鉴。本文进行了设计状态下DTMB5415船绕流场的数值模拟，并与实验值进行对比。数值模拟得到的船舶阻力、自由表面兴波、螺旋桨盘面标称伴流场等与试验测量结果具有很好的吻合性，证明了本计算中网格与数值方法的正确性。2计算模型2.1CFD模型本文的计算模型为DTMB5415船模。DTMB5415船模是美国海军舰艇模型，也是ITTC推荐的标准船模之一[13]。DTMB5415船模有大量的试验数据及不同单位的数值计算结果，可为本文的工作提供参照。DTMB5415船模的模型尺度参数见表1，几何模型如图1。2.2计算域及边界条件计算域是包含船体在内的气、液两相流所在的空间，该空间过大会导致计算网格过多，浪费资源；该空间过小，则难以避免边界效应的影响，使计算结果与无限域时有偏差。因此，在本次计算中，参考系...