一种船闸闸室船舶系缆力的数值模拟方法

摘要

本发明公开了一种船闸闸室船舶系缆力的数值模拟方法，属于船闸水动力学技术领域。该方法基于“船舶—水流”间的耦合动力响应，建立船舶运动控制方程及纵向和横向受力方程。然后利用FLUENT流体计算平台，借助用户自定义函数（UDF）编制闸室船舶系缆力并行计算程序，通过建立船闸整体输水系统三维数学模型实现闸室船舶系缆力数值模拟。本发明提出的系缆力模拟方法具有良好的精度，为快速、方便获取闸室船舶的系缆力提供了可能，可应用于船闸输水非恒定过程闸室船舶系缆力的研究分析，从而解决了目前过于依赖于费时费力的物理模型试验为研究手段的问题。

主权项

一种船闸闸室船舶系缆力的数值模拟方法，其特征在于：包括以下步骤：步骤一：绘制船闸输水系统三维几何模型，并对该模型采用分块四面体和六面体混合网格进行剖分，定义边界类型，输出*.mesh文件；步骤二：将步骤一中输出的mesh文件导入流体计算平台FLUENT中，进行网格检查和调整、三维紊流和两相流模型的选取、设定参考压力、重力作用以及水的材质、定义初始相和第二相；步骤三：根据闸室船舶系缆力物理模型试验边界条件，同时基于“船舶—水流”耦合动力响应，通过对船舶在平面上受水流作用力、纵向和前横向及后横向系缆力的受力平衡分析，建立受力方程组；通过牛顿第二运动定律建立船舶升降运动控制方程；步骤四：通过用户自定义函数UDF定义工作阀门的动态启闭方式、船舶系缆力的计算程序及其运动控制程序、引航道的压力边界；步骤五：通过FLUENT软件提供的Compiled UDFs面板对定义好的UDF进行编译，以动态连接到FLUENT求解器上；步骤六：通过FLUENT软件提供的动网格模块，进行动网格方案选取及其参数设置，阀门和船舶运动边界的运动属性设置；步骤七：定义其他边界条件；步骤八：采用控制体积法对紊流偏微分控制方程组进行离散化，得到代数方程组并利用以上边界条件进行封闭；步骤九：选择代数方程组的求解算法、对计算域进行初始化、设定时间步长，利用FLUENT求解器对流场计算域内的代数方程组反复进行迭代计算，直到满足所设定的迭代精度为止，完成船闸输水过程的闸室船舶系缆力数值模拟，同时实时输出每一时间步长内的船舶位移、运动速度和船舶系缆力计算成果。