FLUENT潜艇阻力特性计算
潜艇的外形设计遵循一定的规则，同其他的水上动力设备一样，水力特性是潜艇外形设计的重要因素。主要由于有限的燃料供给，潜艇的阻力系数越小越好。阻力和体积是潜艇外形设计的两个主要参数，可以用“Semnan”系数来同时评价这两个参数的设计合理性，“Semnan”系数也可以叫水力-容积效率，定义如下，更大的“Semnan”系数体现了更好的设计。今天，我们做一个潜艇的“Semnan”系数计算案例。式中，V为潜艇的体积，Cd为阻力系数（基于艇身截面积） 根据如下规则建立潜艇模型（不包括尾翼等结构），笔者采用solidworks建模，方程驱动曲线——旋转实体。 在fluent meshing模块划分多面体网格，潜艇壁面网格要进行足够细化，以控制Y+的范围。 创建海水材质，密度1027kg/m3，动力粘度0.00125Pa·s。 采用标准k-e湍流模型，为此Y+的控制范围30~300，划分网格可能存在多次试算和调整。 入口采用速度入口，速度2.5m/s，湍流边界条件采用湍流强度和水力直径定义，基于潜艇艇身的水力直径D=9m，湍流强度1.8%。 出口采用压力出口，表压为0Pa，由于本案例主要考查对象是阻力系数，介质又是不可压缩流体，出口这样设定是可以的。但是如果要考察潜艇壁面所受的压力的具体值，则出口压力需要根据下潜深度的静水压力而定。 压力速度耦合采用coupled算法，增强收敛性，但是计算内存会增加很多，对计算机配置要求较大，网格数量大时，普通的计算机很多数情况都是内存爆表。 首先，看一下潜艇壁面的y+，主要分布满足30~300的区间范围，该网格适应于标准k-e湍流模型（注意以下的模型视图以对称面进行了扩展，下同）。 再看一下潜艇附近的速度情况，头部和尾部的速度较大，总体上看由于艇身的流线型设计，未发生明显的边界层脱落，对于减小流动阻力是有利的。 再看一下潜艇壁面的压力，头部和尾部的压力较高，这是由于该处的速度较小。 最后看一下阻力系数值，注意对参考值进行设定，速度、密度以及面积（面积根据对称模型，按1/4艇身截面积计），可以看到总系数0.0867，粘性阻力部分占大多数。潜艇的总体积为4208.769m3，因此Semnan系数为186.22。[1] CFD Analysis on the Bare Hull Form of Submarines for Minimizing the Resistance[2] Numerical Analysis of Turbulent Fluid Flow and Drag Coefficient for Optimizing the AUV Hull Design 著作权归作者所有，欢迎分享，未经许可，不得转载
首次发布时间：2023-07-05
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