船舶航行兴波CFD模拟的代数型VOF方法研究

作为一种能处理复杂运动界面且具有物理守恒性的算法,VOF(volume of fluid)方法广泛应用于船舶水动力学CFD(computational fluid dynamics)模拟.该文面向船舶航行兴波这一典型且常见的运动界面流动问题,针对网格适应性更好的代数型VOF方法开展研究.该文首先介绍了 CICSAM(compressive interface capturing scheme for arbitrary meshes)、HRIC(high resolution interface capturing)和 Fromm 三种典型的代数型 VOF 格式,随后采用二维 Zalesak 算例对几种格式进行了测试;根据对测试结果的分析,对耗散性较强的HRIC格式进行了优化,并得到了 Zalesak算例、剪切流场、旋转流场和平移流场下测试结果的验证;最后开展了 Wigley船型和KCS船模航行兴波的CFD模拟.经过对Wigley船航行兴波和舷侧波形CFD模拟结果及与模型试验结果的对比分析,结果表明:优化的HRIC格式总体上表现最优,Fromm格式次之,CICSAM格式又次之,HRIC格式模拟结果最差.从KCS兴波模拟结果来看,优化HRIC格式可以较好地解决实际船型航行兴波数值模拟问题.