基于浸入边界法的限制水域多船会遇船-船干扰水动力数值研究

本项目拟基于浸入边界法开发一种新的求解三维复杂运动边界高雷诺数流动问题的先进粘性流CFD方法，对限制水域中的多船会遇粘性流场进行数值模拟，获取船间相干水动力以及水底、岸壁等对船舶所受水动力的影响规律。采用对应于流场欧拉变量的静止笛卡尔网格和不受笛卡尔网格限制能随意移动的对应于拉格朗日变量的曲面网格解决限制水域中多船会遇情况下的运动边界非定常流动问题；采用多维虚拟单元法处理船舶运动高雷诺数流动浸入边界上的边界条件；通过联立船舶运动方程和非定常雷诺平均N-S方程，采用时间步进的方法实现限制水域中多船会遇非定常流动问题的求解。通过本项目研究，可望开发得到一种模拟限制水域多船会遇粘性流场的高效数值方法。项目研究成果可望为我国造船、航运和海事管理等部门提供一种现代先进手段获取限制水域多船会遇情况下的水动干扰力，进而为制定限制航道中的船舶安全航行规范和避碰策略提供科学依据。

随着我国航运事业的蓬勃发展，港口、码头以及内河航道等水域变得越来越拥挤，在船舶航行过程中常常出现多船会遇的局面，由此引发的船舶安全航行问题日益严峻。在多船会遇情况下，一方面，船舶操纵运动的空间非常有限，这对船舶的操纵性提出了更高的要求；另一方面，在此过程中，船与船之间会产生复杂、变化的水动干扰力，这些干扰力往往引起船舶相互靠近或发生转首，从而导致碰撞事故，影响船舶航行安全。本项目采用对应于流场欧拉变量的静止笛卡尔网格和不受笛卡尔网格限制能随意移动的对应于拉格朗日变量的曲面网格解决限制水域中多船会遇情况下的运动边界非定常流动问题；采用多维虚拟单元法处理船舶运动高雷诺数流动浸入边界上的边界条件；通过联立船舶运动方程和非定常雷诺平均N-S 方程，采用时间步进的方法实现限制水域中多船会遇非定常流动问题的求解。通过对限制水域多船会遇不同工况的粘性流场进行数值模拟获得了一些有益结果。项目研究成果可望为我国造船、航运和海事管理等部门提供一种现代先进手段获取限制水域多船会遇情况下的水动干扰力，进而为制定限制航道中的船舶安全航行规范和避碰策略提供科学依据。