主要演示如何使用VOF明渠流多相流模型对船体周围的自由表面流进行三维建模分析。该案例假设一个船体在静水中以每秒1.452m/s的恒定速度移动。水位在自由水面以下0.941875m处。几何结构:Z轴是垂直轴,Z=0是自由表面的水平面。流量进口沿+X方向,Y轴为侧轴。示意图如下所示。

由于对称条件,仅对一半的几何进行建模。采用全六面体单元网格,并在自由面区域附近进行了网格细化,以精确捕捉自由面。
点击Setup→General→Check检查网格,保证无负体积。
点击Setup→General→Display以显示网格。
点击Results→Graphics→Views,如下图所示选择。


注:只有解与初始条件无关,并且各个相有不同的流入边界时,稳态VOF计算才是合理的。例如,由于旋转杯内自由表面的形状取决于流体的初始条件,因此必须使用与时间相关的公式来解决这一问题。另一方面,对于顶部有一个空气区和一个单独的进口的水流,可以用稳态公式来求解,本案例类似该情况。



- 点击Setup→Multiphase→Phases,如下图所示copy液态水材料。
a) 选择Primary Phase,点击Edit, 输入Primary Phase名称为air,在下拉菜单中选择air。

b) 选择Secondary Phase,点击Edit, 输入Secondary Phase名称为water,在下拉菜单中选择water-liquid。
- 点击Setup→Cell Zone Conditions→Operating Conditions…,如下图所示设置。
注:选择参考压力位置,使其始终保持在空气域中。应将工作密度指定为较轻流体的密度,以便仅在较重流体中包括静压。
- 点击Setup→Boundary Conditions,如下图所示设置。
a) 定义入口inflow边界为压力入口,如下图所示设置。注:湍流强度假定为4%,湍流长度尺度设置为船体长度的3%。


b) 定义入口outflow边界为压力出口,如下图所示设置。


c) 定义入口outflow边界为压力出口,如下图所示设置。
top, bottom, side, midplane为symmetry,ship为No Slip wall。

(a)Pressure-Velocity Coupling → SIMPLE
(b)Gradient → Least Squares Cell Based
(c)Pressure → PRESTO!
(d)Momentum → Second Order Upwind
(e)Volume Fraction → Compressive
(f)Turbulent Kinetic Energy → Second Order Upwind
(g)Specific Dissipation Rate → Second Order upwind


注:监测船体表面阻力系数。

注:监测船体表面阻力。


注:监测监测点速度平均值。

(a) 在Compute From下,选择inflow
(b)在Open Channel Initialization Method下,选择Flat
(c)点击Initialize

(a) Write输出hull.cas.gz文件
(b) 设置Number of Iterations为3500,点击Calculate开始计算

船体壁面阻力系数

船体头部监测点速度变化值(监测值达到稳定,计算收敛)

自由波面位移(wave elevation)云图

自由波面速度云图

自由波面压力云图