求助分享帖——fluent求解船舶静水航行问题

lijingyuak · 发表于 2016-12-29 08:59:05

马上注册，结交更多好友，享用更多功能，让你轻松玩转社区。

您需要登录才可以下载或查看，没有账号？注册

x

本次cfd计算目的在于实验fluent软件对船舶dtmb5415在静水中以2.097m/s的速度（fn=0.28）航行时的阻力计算精度。网上国际船池上的总阻力数据为4.605kgf（45.17N），我校实验室也仿造了DTMB5415模型，总阻力为4.87kgf（47.726N），相差无几。我跟根据型线建立三维模型，先前导入STAR-CCM+进行网格划分和计算，计算结果为总阻力45.68N,其中摩擦阻力30.1N,压阻力15.56N（含舍入误差）。但学习用fluent计算船舶航行阻力时，一直得不到理想的结果。现将我近一个月以来的具体操作情况分享，望前辈们指点。

先是用icem划分网格，网格质量如下
1.网格质量.PNG

几乎是在0.3以上，应该是可以计算的。

计算实验一：参考韩占中编的《fluent-流体工程仿真计算实例与分析》的2维算例
打开fluent导入网格，因为模型和网格是毫米为单位建立的，所以scale一下
2.转换单位.PNG

变成长-15~15m，高-15~9，的长方体区域，check一下网格
3.检查网格质量.PNG

solver选择瞬态
4.瞬态求解.PNG

model设置：vof多相流，k-epslon RNG湍流模式
5.model—Multiphase设置.PNG

material添加水
7.材料添加水.PNG

phase设置：主相为空气，副相为水
8.相设置.PNG

cell zone condition设置：参考点设在空气的位置，设置重力加速度，勾选操作密度（不知道是什么。。。）
9.区域操作条件.PNG

边界条件：inlet速度入口，outlet质量出口，sym面为对称面，船体为固定壁面边界，池底为移动固壁，其余是滑移壁面边界。
10.速度入口.PNG

solution control里动量的松弛因子设置为0.1。默认是0.7，但动量方程计算发散，多次尝试降低松弛因子，在0.1时计算收敛。
15.动量松弛因子.PNG

monitor设置：多次经验，这里建议先不要打开力监视器，因为第一时间步的值总是算得不对且极大，可以先试算100步后，观察收敛与否再打开，监控hull和deck的受力。
16.力监视器.PNG

solution Intialization：从入口初始化，觉得能比较好的防止发散和加速收敛。
17.初始化设置-从入口初始化.PNG

Adapt>region>设置水的区域，因为模型0点在船型基线上，吃水为0.248m，所以设置如下，mark后关闭
18.设置水区域.PNG

然后“补丁”上水区域：
19.patch.PNG

检查初始化水面

设置时间步长为：0.001s。如果后面收敛速度快了，可以适当逐步加大时间步长，否则容易发散。
21.时间步长.PNG

残差控制调低一些，让其精度更高。
22.残差控制.PNG

开始计算时残差逐步下降，然后在100步（0.1s）左右时收敛，之后收敛状况也不错。但是一段时间没管后回头看，发现残差开始回升，且出现湍流极限或回流，相信不久就会发散。定下来观察气液交接，果然出错了。
23.计算出错.PNG

如图所示，入口处有大量空气渗入，出现大量漩涡，感觉像是有限池水在摇晃（跟溃坝类似）。

计算实验2：参考常欣、黄胜《fluent船舶流体力学仿真计算工程应用基础》第6章
书中认为入口应区分水流入口和空气入口，出口使用UDF编的压力出口条件，操作如下，
在icem里修改网格，删除原来inlet，重新划分映射水入口waterinlet和空气入口airinlet。具体过程不累述了。
24.icem修改网格.PNG

导出网格后导入fluent设置，前半部分设置相同，主要是边界条件设置不同。
先把phase设置成mixture，设置空气入口和水流入口流速条件，再把phase设置成water，设置入口的相成分，waterinlet的体积分数设为1，airinlet的设为0
25.水入口设置.PNG

出口条件首先编写udf如下
28.文件udf.PNG

生成C文件后，在fluent里点Define>User-defined>function>compile
28.编译.PNG

使用udf设置压力出口
29.压力出口设置.PNG

检查压力出口设置：基本是水越深压力越大，空气认为是0
29.2压力出口检查.PNG

其他设置基本不变，但把湍流粘度率的限制放大了，我的理解就是让判定发散的条件放宽了。如下图所示。
极限.JPG

计算，当阻力曲稳定后，读取结果：
30.压阻力过大的结果.PNG

咋看还可以总阻力是47.58N，但我这里计算的半船，结果还要翻倍的。这样的计算结果就有问题了。单独看粘性阻力：fluent计算结果15.26，全船30.52N，和starccm的计算结果比较接近。但压阻力32.32，全船64.64N，要比starccm的结果大将近4倍。先不说starccm的各阻力成分计算精度如何，从总阻力看，starccm计算结果是比较靠谱的。fluent里虽然显示计算converge，但从这次结果看却是完全不可靠。
31.2侧面波状.PNG

不过气液界面已经不像方案一那样分叉了。不过因为没有使用动网格，波形图也无法显示。

计算实验3：参考胡坤《ANSYS ICEM CFD工程实例详解》——动网格技术
区别于上述方法，区分气液两相不是用“打补丁”patch的方法而是，使用明渠流动和明渠波浪
32.勾选明渠流动.PNG

这里因为是要算静水航行，所以这里把波高设置为0，波长为任意不为0的常数。（这里本来不相勾选open channel wave BC，但初始化时一直出错）
波浪入口.JPG

为了观察波形还设置了动网格，详细就不说了，反正结果有问题。
33.计算结果依然偏大.PNG

总阻力计算的45.37，全船90.74N。依然不对。不过可以显示波形
34.波形图.PNG

求指教，我需要的是力的数值正确。fluent更新了这么多代，近10年来各船舶专业学者，工程师使用验证，不应该出现这样的结果，因此承蒙高手前辈指点迷津。
p.s. 本来想上传cas文件或网格文件，但是太大了不能上传。

moplye · 发表于 2017-1-4 15:54:22

可以交流

qixizhiying · 发表于 2017-7-4 20:30:11

是不是没有设置Reference Values

lijingyuak · 发表于 2017-7-8 11:22:24

qixizhiying 发表于 2017-7-4 20:30
是不是没有设置Reference Values

是没有改，默认的。我刚才试了下，发现改了再输出报告，结果也是一样的。我想问是不是要在计算之前修改参考值Reference Values？而且，fluent13.0中的Reference Values没有OK确定键，也不知是不是没改成功,求指点？

qixizhiying · 发表于 2017-7-13 18:35:23

试了一下，怀疑是边界层的问题，你的Y plus是多少？

月光疾风123 · 发表于 2017-7-23 17:18:06

如果仅看最后输出值，Reference Values 可以算了之后再设置！如楼上所说，可能是边界层的问题。

月光疾风123 · 发表于 2017-7-23 17:19:23

如果仅看最后输出值，Reference Values 可以算了之后再设置！如楼上所说，可能是边界层的问题。

lijingyuak · 发表于 2017-9-5 09:28:31

月光疾风123 发表于 2017-7-23 17:19
如果仅看最后输出值，Reference Values 可以算了之后再设置！如楼上所说，可能是边界层的问题。

谢谢关注，第一层边界层这块的确之前没怎么关注。划网格时候只是设置了靠近船体的密，远离的小而已。不过从理论是讲我觉得即使边界层设置有误差，但也不应该误差这么大的

titicacanm · 发表于 2023-10-27 09:25:13

作者找到解决办法了吗？我也遇到类似的问题了，计算结束之后我的水相直接漫过了船体。我查找了很多资料，也有说是因为工作条件中的操作密度设置不对，因为fluent默认是采用平均密度进行计算，不知道楼主有没有新的进展

titicacanm · 发表于 2023-10-27 09:25:15

作者找到解决办法了吗？我也遇到类似的问题了，计算结束之后我的水相直接漫过了船体。我查找了很多资料，也有说是因为工作条件中的操作密度设置不对，因为fluent默认是采用平均密度进行计算，不知道楼主有没有新的进展

		自动登录	找回密码
密码			注册

求助分享帖——fluent求解船舶静水航行问题

马上注册，结交更多好友，享用更多功能，让你轻松玩转社区。

站点信息