基于VOF方法的液艙流動數(shù)值模擬.pdf

1、液艙廣泛存在于液貨船和各種需要液體燃料的運載設備中，液艙晃蕩又會對液艙的結構及運載設備的運動產(chǎn)生影響，因此有必要對液艙相關的問題進行研究。由于涉及到自由液面的兩相流問題是在科學研究和工程實際中廣泛遇到的問題，具有重要的研究意義，同時通過模擬液艙內(nèi)液體運動及相應的壓力、載荷變化，為船舶液艙設計提供支持，也具有很大的工程實際應用價值。本文研究的目的就是建立基于VOF方法的不可壓縮兩相流數(shù)值計算模型和程序，以期對液艙流動等兩相流問題進行計算分

2、析。
　　本文建立了互不摻混不可壓縮兩相流場的數(shù)值模型。首先給出了基本控制方程，說明了有限體積法對控制方程的離散過程，并給出了控制方程中每一項的處理方法，其中重點是對流項的離散，通過引入規(guī)正變量圖對對流項的離散方式進行了評估，選擇了合適的離散方式，通過IDEAL算法來處理速度壓力耦合問題，并對其實施方式進行了說明，采用Bi-CGSTAB方法對代數(shù)方程進行求解。
　　采用VOF方法解決兩相流問題，通過幾個典型的算例對不同的VO

3、F方法進行對比分析。在二維情況下通過計算平移、旋轉和剪切速度場中的自由液面形變來對六種不同VOF方法進行了對比分析，通過計算表明PLIC方法和CICSAM方法具有高精度和高分辨率，而CICSAM方法更易于向三維擴展，在本文中將CICSAM方法應用于二維和三維數(shù)值問題的計算中。
　　對二維情況下的兩相流問題進行了數(shù)值計算，并與解析解及試驗值進行了對比分析，計算了簡單的無激勵作用下的液艙自由液面變化和水平激勵下的強制液艙晃蕩并與解析解

4、進行了對比驗證，再對液艙晃蕩進行數(shù)值模擬并與試驗對比，表明本文所使用方法的有效性。對帶隔板液艙晃蕩問題進行了初步研究，對采用不同高度隔板時的液艙晃蕩問題進行了計算分析。
　　對三維情況下的兩相流問題進行了數(shù)值計算，并與解析解及試驗值進行了對比分析，首先計算了帶障礙物潰壩問題并與試驗值進行了對比，對斜向液艙晃蕩進行了數(shù)值模擬并與解析解對比，說明了本文所使用方法對復雜三維兩相流問題的有效性。對六自由度激勵下液艙劇烈晃蕩問題進行了計算分