[案例分析]STARCCM+入门系列之——船舶阻力预测模拟

1、问题描述本案例演示船舶阻力预测模拟的工作流程。船体置于虚拟拖曳试验池中，模型如下：
2、软件设置    （1）选择物理模型；使用 K-Epsilon 湍流模型和分离流求解器来求解瞬态雷诺平均纳维－斯托克斯方程。在激活流体域体积(VOF) 模型后，选择VOF波，来设置水面初始波的数据。物理模型的选择如下：
    （2）定义欧拉相；在连续体continuum中，右键单击Models > EulerianMultiphase > Eulerian Phases 节点，创建新相，把新相命名为H2O，在H2O节点选择液体和恒密度模型。同样的方式设置空气相，选择气体和恒密度模型，定义完的欧拉相如下：


    （3）设置VOF波；在模拟期间，自由表面水位随时间的变化而变化。 STAR-CCM+ 提供可让您指定波初始条件和边界条件的 VOF波模型。此处，在静水中拖曳船。右键单击Continua > Physics 1 > Models > VOF Waves> Waves，选择New > Flat，在出现的Flat Vof Wave 1节点设置流和风的速度；设置完Flat Vof Wave 1的属性如下：
   （4）设置初始条件；设置压力、速度和体积分数的初始条件。

（5）阻尼波反射；在流动阻力模拟时发生波反射。波反射有两个来源：一是来自边界的波反射，二是由于突兀的网格过渡造成的波反射，为了避免这些波反射与真正的波场相互作用，从而导致结果无效。STAR-CCM+提供了 VOF 波阻尼功能。要在边界处激活VOF 波阻尼，在Regions > VirtualTowing Tank > Physics Conditions > VOF Wave Zone Option节点，激活Damping，在Regions> Virtual Towing Tank > Physics Values > VOF Wave Damping Length节点，把波阻尼长度设置为9m。

（6）设置边界条件；流体域的边界条件设置类型如下：

     也就是虚拟拖曳池的大部分区域都是进口，左右两边设置为对称边界，从而让虚拟池缠身相当于无限延伸的效果；进口的边界设置如下：

    出口的边界条件设置如下：

（7）定义动态流体固体相互作用(DFBI)；动态流体固体相互作用 (DFBI) 模型根据流动引起的作用力来模拟船运动。对于此模拟，允许船以 2 个自由度

移动，以便考虑升沉和纵倾。将使用平衡运动选项来实现船的准稳态平衡位置。此选项将减少模拟的实际运行时间。右键单击Tools> Motions选项，选择新建DFBIRotation and Translation，将此运动分配给虚拟拖曳试验池区域：在Regions> Virtual Towing Tank > Physics Values > Motion Specification节点，选择DFBIRotation and Translation，一个新的DFBI 节点将出现在模拟树中。

（8）由于本案例是瞬态模拟，因此需要设置时间步、各时间步内允许的最大内部迭代次数以及获得求解所用的总体物理时间。选择Solvers> Implicit Unsteady节点，然后将时间步设为0.04 s。最大迭代次数设置为5，将MaximumPhysical Time设置为200s；分离流速度的亚松弛因子设置为0.8；

（9）运行模拟；计算结果如下：要定义船的6 自由度体属性：右键单击DFBI > 6-DOF Bodies，选择NewBody > 3D > Continuum Body，将其命名为ship，在ship的属性设置船体质量，释放时间，缓冲时间等；展开6-DOFBodies > Ship > Initial Values node，设置质心，转动惯量，激活使用质心；

                                                     可视化波形
船体所受阻力监测

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