内容纲要

本案例利用Fluent中的明渠流动及6DOF模型计算船舶在波浪作用下的行驶姿态。

FLUENT中的6DOF模型主要用于计算刚体在流体作用下的运动学特征（速度、加速度、力矩等）。该模型将运动部件作为刚体，忽略其变形。为了计算刚体在力的作用下的运动姿态，在计算之前需要输入其质量、惯性矩等参数。

本例中用到的技术要点包括以下内容。

VOF多相流模型求解明渠流动
使用明渠波浪边界产生浅波
利用Numerical Beach选项抑制出口位置的数值反射
利用6DOF模型模拟船体的运动
利用UDF控制船体的运动自由度

1 问题描述

案例中涉及到利用明渠造波，波浪参数如下表所示。

参数	参数值
波速	1.5 m/s
波高	0.01925 m
波长	3.85 m
相位角	-270°

水深2.75m，流动方向沿X轴，侧面为Y轴方向。

2 Fluent设置

以3D、Double Precision方式启动Fluent
利用菜单File → Read → Mesh…读取网格文件boat.msh

几何如下图所示（隐藏了顶部面）。

2.1 General设置

选择选项Transient采用瞬态计算
指定重力加速度Z轴-9.81 m/s2

2.2 Materials设置

从FLUENT材料数据库中添加材料water-liquid(h2o)

2.3 设置多相流模型

选择多相流模型Volume of Fluid
激活选项Open Channel Flow及Open Channel Wave BC
其他选项如下图所示

设置主相介质为air

设置次相介质为water-liquid

指定表面张力系数为0.071 N/m

2.4 边界条件设置

1、up-inlet边界

进入up-inlet边界设置对话框
激活选项Open Channel Wave BC，指定入口速度为1.5 m/s

进入Multiphase标签页，如下图所示设置波浪参数

利用TUI命令/define/boundary-conditions/open-channel-wave-settings验证波浪参数输入是否合理

2、down-outlet边界

进入down-outlet边界设置对话框，如下图所示设置参数

进入Multiphase标签页，激活选项Open Channel，如下图所示指定水位参数

2.5 区域设置

进入计算区域设置数值沙滩。

鼠标双击模型树面板Cell Zone Conditions进入计算区域设置对话框，激活选项Numerical Beach
设置Compute From Inlet Boundary为up-inlet，其他参数保持默认设置

如下图所示设置操作条件

2.6 编译UDF

按下图所示顺序编译UDF

UDF源代码为：

#include "udf.h"
 
DEFINE_SDOF_PROPERTIES(sdof_properties, prop, dt, time, dtime)
{
   prop[SDOF_MASS]       = 36.5323;
   prop[SDOF_IXX]        = 0.306272;
   prop[SDOF_IYY]        = 10.4112;
   prop[SDOF_IZZ]        = 10.3074;
 
   prop[SDOF_ZERO_TRANS_X] = TRUE;
   prop[SDOF_ZERO_TRANS_Y] = TRUE;
   prop[SDOF_ZERO_ROT_X] = TRUE;
   prop[SDOF_ZERO_ROT_Z] = TRUE;
   printf ("n updated 6DOF properties");
}