基于DDES研究尺度效应对船首破波的影响

摘要

船舶首部是全船型线曲率变化最大的区域,大曲率的形状导致船舶首部流场中发生紊乱复杂的现象,船首破波是这些现象中最直观的一个.船首兴波的破碎在艏部发生,伴随着兴波翻卷和液滴飞溅,是典型的强非线性现象,破碎过程产生的涡结构会持续延伸到船的中后方,使全船的伴流场更加紊乱,进而影响船舶水动力性能.论文将研究的焦点集中在尺度效应对标准船模KCS船首破波的影响上,针对3个缩尺比的船模,垂线间长分别为4.37 m(称为船模1)、6.07 m(称为船模2)和2.19 m(称为船模3),使用延迟分离涡方法(DDES)对它们在Fr数为0.35工况下分别进行数值模拟.首先对设置固定纵倾角为1° 和正浮状态的船模1进行模拟,并将模拟结果与试验进行对比,水动力系数和船首波浪破碎情况皆与试验结果吻合良好,验证了模拟方法的正确性.然后对3条船模在1° 纵倾角下的工况进行模拟和分析,给出了尺度对艏波破碎影响的定性结论,可为预报实尺度船舶航行中产生的波浪破碎现象提供定性的指导.