基于VOF方法的液艙流動(dòng)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(yùn)載設(shè)備中，液艙晃蕩又會(huì)對(duì)液艙的結(jié)構(gòu)及運(yùn)載設(shè)備的運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生影響，因此有必要對(duì)液艙相關(guān)的問題進(jìn)行研究。由于涉及到自由液面的兩相流問題是在科學(xué)研究和工程實(shí)際中廣泛遇到的問題，具有重要的研究意義，同時(shí)通過模擬液艙內(nèi)液體運(yùn)動(dòng)及相應(yīng)的壓力、載荷變化，為船舶液艙設(shè)計(jì)提供支持，也具有很大的工程實(shí)際應(yīng)用價(jià)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(jì)算模型和程序，以期對(duì)液艙流動(dòng)等兩相流問題進(jìn)行計(jì)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(duì)控制方程的離散過程，并給出了控制方程中每一項(xiàng)的處理方法，其中重點(diǎn)是對(duì)流項(xiàng)的離散，通過引入規(guī)正變量圖對(duì)對(duì)流項(xiàng)的離散方式進(jìn)行了評(píng)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(duì)其實(shí)施方式進(jìn)行了說明，采用Bi-CGSTAB方法對(duì)代數(shù)方程進(jìn)行求解。
　　采用VOF方法解決兩相流問題，通過幾個(gè)典型的算例對(duì)不同的VO

3、F方法進(jìn)行對(duì)比分析。在二維情況下通過計(jì)算平移、旋轉(zhuǎn)和剪切速度場中的自由液面形變來對(duì)六種不同VOF方法進(jìn)行了對(duì)比分析，通過計(jì)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(kuò)展，在本文中將CICSAM方法應(yīng)用于二維和三維數(shù)值問題的計(jì)算中。
　　對(duì)二維情況下的兩相流問題進(jìn)行了數(shù)值計(jì)算，并與解析解及試驗(yàn)值進(jìn)行了對(duì)比分析，計(jì)算了簡單的無激勵(lì)作用下的液艙自由液面變化和水平激勵(lì)下的強(qiáng)制液艙晃蕩并與解析解

4、進(jìn)行了對(duì)比驗(yàn)證，再對(duì)液艙晃蕩進(jìn)行數(shù)值模擬并與試驗(yàn)對(duì)比，表明本文所使用方法的有效性。對(duì)帶隔板液艙晃蕩問題進(jìn)行了初步研究，對(duì)采用不同高度隔板時(shí)的液艙晃蕩問題進(jìn)行了計(jì)算分析。
　　對(duì)三維情況下的兩相流問題進(jìn)行了數(shù)值計(jì)算，并與解析解及試驗(yàn)值進(jìn)行了對(duì)比分析，首先計(jì)算了帶障礙物潰壩問題并與試驗(yàn)值進(jìn)行了對(duì)比，對(duì)斜向液艙晃蕩進(jìn)行了數(shù)值模擬并與解析解對(duì)比，說明了本文所使用方法對(duì)復(fù)雜三維兩相流問題的有效性。對(duì)六自由度激勵(lì)下液艙劇烈晃蕩問題進(jìn)行了計(jì)算分