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船舶和近海结构
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大型油轮阻力和流场数值计算的验证和验证
B. J. Guo a , G. B. Deng b amp; S. Steen a
挪威科技大学海洋技术系，挪威特隆赫姆
法国南特州南特州南特州南特州Nantes生态中心-UMR6598
在线出版：2012年3月21日。
引用这篇文章：B.J.郭、G.B.邓和S.斯蒂恩（2013年）一艘大型油轮、船舶和近海结构的船舶阻力和流场数值计算的验证和验证，8：1，3-14，DOI：10.1080/17445302.2012.669263
链接本文： http://dx.doi.org/10.1080/17445302.2012.669263
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船舶和近海结构，2013年
卷 8， 1,3–14，http://dx.doi.org/10.1080/17445302.2012.669263
船舶阻力和流场数值计算的验证和验证
一艘大型油轮
B.J. Guoalowast;, G.B. Dengb and S. Steena
挪威科技大学海洋技术系，挪威特隆赫姆；
Numeacute;Rioque，Laboratoire de Meacute;Canique des Fluides-UMR6598，Nantes生态中心，法国南特
（2011年8月23日收到；2012年2月20日收到定稿）
实验和数值研究了KVLCC2(KRIS O极大原油载体2)的船舶阻力和流场。 对实验不确定性和数值不确定性进行了系统分析。 实验重点是船体沿阻力分布，分为三段.. 研究了具有偏差和精度限制的详细实验不确定性分析。 对四个网格密度和两个湍流模型进行了数值计算的验证：“剪切应力输运komega;”(SST)和“显式代数应力komega;”模型(EAS M)。 验证和验证表明，数值结果合理可靠.. 数值研究表明，这两种湍流模型都能很好地预测船体周围的阻力、船沉和纵倾以及流场。 相对而言，“EASM”模型具有较高的精度。 对AFT段电阻的预测证实了各向异性EASM模型的优越性，表明现有的测量数据是数值验证和湍流模型验证的一个有价值的测试用例。
关键词：分段模型；KVLCC2；尾流；船舶阻力
导言
船舶阻力和流场在实际船舶设计中具有重要意义。 在未来，雷诺平均Navier-Stokes(RANS)计算将能够准确地确定船舶阻力以及船体上力的空间分布，而不需要昂贵的实验。 然而，仍然需要经过仔细评估的不确定度水平的ACCU-速率实验数据来验证数值计算(Stern等人)。 1998)。
有一些实验数据可用于验证船舶模型周围的船舶阻力和流场的计算。 国际拖槽连接(ITT C)总结了可用的船舶阻力台架标记，以验证计算流体力学(C FD)(Stern等人)。 1998年；IT TC1999年)。 基准模型KVLCC2(KRIS O极大粗载流子2)是一种现代船体形式，是为了提供一种船体，典型的非常大的粗载流子(V LCCs；Van等人)。 1998)。 该模型被选为哥德堡2000车间CFD验证测试用例。 不幸的是，没有提供测量的阻力数据，流场信息不完整(Larsson等人)。 2003)。 为了支持CFD验证的更详细的数据，Kim等人。 （2001）以设计速度测量拖油箱内的油船阻力、波型和局部速度。 此外，为了得到湍流统计的空间分布，Lee等人。 （2003年）调查了
风洞中模型的近觉醒区域。 这一实验数据也成为哥德堡2010年研讨会基准数据的一部分(Larsson等人)。 2010)。
上述实验集中在总阻力和流场信息的确定上，而没有关于船体的再阻力分布的实验信息，这对于船舶优化是有用的。 为了测量船体的阻力分布，船舶模型应分为几个部分。 分段模型实验通常用于船舶水弹性的研究，并在国际船舶和海上结构大会(ISSC，2009)中对这类实验进行了总结。 例如，Ge（2002）使用的分段模型类型包括与力传感器和可调刚度关节连接的分段。 通常，该模型是长图-二次切割成三个部分，每个部分有一个铝框架。 葛的实验目标是确定每次切割时的垂直剪切力和弯矩。 与这个目标不同，这里的测量是每个段的电阻。 整个模型只使用一个铝框架，测量纵向力的力传感器用于将每个段连接到框架上。 设计的实验测量了各段的电阻分布以及总电阻.. 图2显示了这个实验装置的草图。
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lowast;相应的作者。 电子邮件： bingjie.guo@ntnu.no lowast;C 2013泰勒和弗朗西斯
图1. 体平面图(尺寸以mm全尺为单位)..
与实验相比，RANS计算可以很容易地提供综合流场信息(Zhang等人)。 2006)。 得出的主要结论之一(Larsson等人).. 2003，2010；Hino2005)是湍流模型是预测尾流的关键。 高阶和各向异性湍流模型得到了更好的预测.. 关于这一主题的更多讨论，特别是KVLCC2，可以在Svennberg（2000）、Kim等人中找到。 （2002年)和郭和斯坦(2010年）。 然而，对于高阶湍流模型，显然存在较高的计算成本，其鲁棒性更难保证。 对于电阻预测，精度不同
湍流模型变化很大。 在哥德堡2000研讨会上，利用了kε模型、komega;模型、雷诺应力模型(RSM)和代数应力模型，发现船舶阻力的估计在不同的湍流模型中有所不同(Larsson等人)。 2003)。 Is mail等人 （2009）得出结论，对流方案对船舶阻力的影响小于湍流模型，具有最小数值耗散的对流方案的各向异性湍流模型可以提高数值精度。 用Eccedil;a和Hoekstra（2009）对KVLCC2的摩擦阻力和压力阻力进行了广泛的数值研究，分析了雷诺数、湍流模型、网格密度的影响，
迭代误差、域大小等。 结果表明，不同湍流模型之间的阻力差大于数值不确定性。 然而，没有提供总电阻的数字不确定性，其数值结果也没有得到实验的验证。 一些研究集中在船舶优化中沿船体的阻力分布(Percival等人)。 2001年；Vyse-laar等人。 2007年；朴春，2009年)。 船体优化方法改变前部、尾部甚至中平行段，以尽量减少总阻力，而这里的重点是每个段上的阻力。 采用CFD计算阻力分布，遵循模型实验，分别计算各段上的力，研究船体沿阻力分布。
本文系统地分析了电阻分布对数值和实验不确定性的影响。 这项工作是“海洋专业”项目的一部分，它在船上增加了阻力和波速损失。 本工作的目的是估计数值计算的误差和误差，并检查流场、船舶阻力和运动数值预测的准确性。 本实验的独特特点是将容器分为三个部分来研究电阻率分布，可用于船体优化。 实验不确定性用偏置和预切极限进行了研究.. 数值验证和验证是通过网格收敛研究的两个模型，即各向异性lsquo;EASMrsquo;(显式代数应力komega;模型)和各向同性lsquo;SSTrsquo;(剪切应力传输komega;)模型(Menter1992)，并详细研究了它们对阻力分布、船舶沉量和纵倾以及流场的影响。
实验
计算实现
KVLCC2模型是在MARIN-TEK（挪威海洋技术研究所）建立的1/58级，它是一个没有舵或螺旋桨的裸露船体.. 主要
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图2. 各段和摩擦板的尺寸(M m)模型标度。
表1. KVLCC2的主要细节。
尺寸列于表1，该模型的详细描述参考了船舶操纵模拟方法(SIMMAN；Stern和Agdrup，2008年)。 对于海上航行试验，设计的船舷太小，无法避免甲板上的水。 因此，通过将框架线外推到
图4. 坐标系。
电阻测功机的位置也如图2所示。
船舶运动是根据位于前垂直(FP)和后垂直(AP；见图3)的前柱和后柱的位移来测量的。 这艘船在重心的下沉计算为
总深度0.7米（模型尺度），以及身体计划。
模型如图1所示。
一个新的特点是该模型由三个Seg-ment组成，并分别测量了前后段的电阻。 段之间的开口用非常软的橡胶箔密封，使外表面看起来相当光滑。 每个分类的维度
3
3
其中x G. 图4所示的协调系统中重心的x坐标eta; FPF和eta; APAP 是前后柱的位移。
船舶的修剪角度是根据
3 3
在图2中给出了Ment。 每个项目的重量分布
前段469公斤，中段597公斤，后段544公斤。
。
pi;
在挪威TrondheimMarintek的大型拖曳槽中进行。 这个水箱长260米，宽10米.. 水槽由两部分组成，深度不同；距离造波器最近的80m深10m，其余部分深5m..
该模型使用图3所示的连接系统连接在拖曳车厢下面。 在这个装置中，该模型可以自由地升降和俯仰，通过船头和船尾的装饰柱固定在摇摆和偏航中，并通过阻力测力计在模型和拖曳车厢之间的灵活连接来抑制浪涌。
为了分析数值和实验结果，本文采用了哥德堡2010车间使用的右手坐标系(x，y，z)（见图4）。 实验和数值结果都转移到这个坐标系中进行比较。
实验不确定性
这里遵循了IT TC（2002）建议的实验方法和程序。 误差分为偏差和精度误差。
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图3. 模型安装在马车下面
表2 每段电阻的偏差极限。
|
B.B. Rx1 |
B.B. Rx2 |
B.B. Rx3 |
B.B. Rx |
B.B. Rx D% |
|
|
R. 前 |
1.676E-03 |
3.190E-04 |
2.406E-01 |
3.411E-01 |
0.72% |
|
R. 1英尺 |
minus;3.300E-04 |
-6.300E-05 |
2.611E-02 |
2.611E-02 |
0.39% |
将在95%置信水平上用偏置极限和精度极限进行估计。 这里讨论的实验结果是在Fn0.142，这是KVLCC2的设计速度。
=
这就是 偏置偏置错误的缔约者(a) 电阻电
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