OpenFOAM在绕流问题中的应用研究

【摘要】：长久以来，经典的绕流问题一直是流体力学研究的热点。在计算流体力学中，对圆柱绕流的数值模拟具有重要的地位。在船舶与海洋工程领域，通过数值模拟船舶的绕流空气场来计算船舶所受的风载荷也越来越受到人们的关注。近年来，迅速发展的开源CFD软件包OpenFOAM为开展CFD数值模拟研究提供了一个很好的研究平台，并且其开源性为用户进一步深入探究和开发其CFD类库创造了可能。 本论文利用开源的CFD软件包OpenFOAM对圆柱绕流及船舶空气场绕流问题进行了研究。论文的主要工作包括：第一，对不同雷诺数（雷诺数范围从1到1×106）下的圆柱绕流进行了数值模拟，探讨了LES模型及Spalart-Allmaras一方程模型这两种不同湍流模型的具体应用，对不同雷诺数下的圆柱绕流进行数值模拟计算得到的阻力系数及斯特罗哈数与实验结果具有良好的一致性，从而验证了计算方法的正确性。第二，对不同集装箱放置形式的四艘集装箱船的绕流空气场进行了数值模拟计算。首先，探究了不同风向角下船舶所受风载荷的力系数及力矩系数随雷诺数变化的规律。然后，比较研究了不同风向角下沿船长均匀放置集装箱与集中在船艏艉两端放置集装箱的两种不同形式下船舶所受风载荷的情况，结果表明：将集装箱集中在船的艏艉两端放置可以在对横向力系数及艏摇力矩系数影响不大的前提下有效地减小船舶所受的风阻力，并且有利于改善船舶的航速稳定性。最后比较研究了不同风向角下船上每排集装箱间缝隙对船舶所受风载荷的影响。