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基于OpenFOAM的船舶水动力学应用关键技术分析

作　者: 叶东辉
导　师: 张志国
学　校: 华中科技大学
专　业: 船舶与海洋工程
关键词: OpenFOAM SUBOFF simpleFoam 使用效能自定义开发
分类号: U661.1
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
下　载: 18次
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内容摘要

近年来，计算流体力学商用软件数值模拟的缺点愈发显著，表现在装机价格高昂、不完整的修改参数功能、新模型研发缓慢和计算效率较低等多方面，而开源计算流体力学数值模拟软件OpenFOAM的出现为CFD的基础研究提供了新的选择。作为新的CFD通用平台，OpenFOAM由C++编写和开发，突出优点包括开源、前后处理接口多样性、稳固的底层类库、大规模并行计算能力突出等，研究者更可自由地定制个性化求解器以针对求解某类问题，增强工作的深度和针对性。因此，越来越多船舶水动力学领域的研究者开始采用OpenFOAM工作和进行开发。因此本文以预报相关模型升阻力并模拟流场流动为基础，对OpenFOAM在船舶水动力学领域的应用进行了探索和研究，具体工作如下：（1）基于OpenFOAM对二维NACA0012模型升阻力进行了预报，并与相关试验数据比较，验证了OpenFOAM准确性。（2）基于OpenFOAM、Fluent对三维SUBOFF潜艇光体及全附体模型分别在不同航速下进行了阻力预报，并与DARPA试验数据比较分析，评价了计算精度和算法。（3）总结了OpenFOAM快速入门和初始条件设置、计算收敛控制特别是并行计算等使用效能，并详细评价了后处理软件ParaView。（4）简析GUI扩展程序HELYX^os的功能与优缺点，总结阐释OpenFOAM求解器二次开发的方法流程，示范编译了简单的“Hello Huster”程序。最后，通过总结本文所做工作认为OpenFOAM的发展日趋成熟，在船舶水动力领域的应用范围和求解精度正在趋近商业软件Fluent，在某些使用效能上有着独特且后者无法企及的优势。虽然标准求解器可能还需完善，但开源软件OpenFOAM是船舶水动力研究者自编程开发定制使用成本更低、计算速度更快、求解精度更高、对于某类问题特定优化的求解器进行数值模拟最佳选择之一。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-8
1 绪论  8-15
  1.1 课题研究背景  8-9
  1.2 国内外研究  9-13
  1.3 本文的研究内容  13-15
2 研究理论基础  15-22
  2.1 三大理论方程  15-17
  2.2 有限体积法  17-18
  2.3 湍流模型  18-20
  2.4 流场的求解  20-22
3 OpenFOAM数值模拟基本步骤与实现方法  22-37
  3.1 系统与环境变量  22-23
  3.2 Case 目录和网格转化  23-26
  3.3 初始条件和控制文件  26-33
  3.4 并行计算  33-36
  3.5 本章小结  36-37
4 OpenFOAM数值模拟结果分析  37-47
  4.1 二维 NACA0012 模型 OpenFOAM 水动力性能模拟  37-40
  4.2 SUBOFF 潜艇光体模型水动力性能模拟  40-44
  4.3 SUBOFF 潜艇全附体模型水动力性能模拟  44-46
  4.4 本章小结  46-47
5 OpenFOAM使用效能与开发研究  47-68
  5.1 OpenFOAM 使用小结  47-49
  5.2 OpenFOAM 使用效能  49-59
  5.3 用户自定义开发  59-67
  5.4 本章小结  67-68
6 全文总结  68-70
  6.1 本文主要研究工作和结论  68-69
  6.2 对于未来研究工作的展望  69-70
致谢  70-71
参考文献  71-75
附录攻读学位期间发表论文  75

基于OpenFOAM的船舶水动力学应用关键技术分析

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