(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210904821.2 (22)申请日 2022.07.29 (71)申请人 扬州大学 地址 225009 江苏省扬州市大 学南路88号 (72)发明人 焦伟轩　陈虹君　成立　王玉琪　 夏臣智　崔阳　卞伟嘉　 (74)专利代理 机构 南京钟山专利代理有限公司 32252 专利代理师 张明浩 (51)Int.Cl. G06F 30/17(2020.01) G06F 30/28(2020.01) G06T 17/20(2006.01) G06F 111/10(2020.01) G06F 113/08(2020.01)G06F 119/14(2020.01) G06F 119/02(2020.01) (54)发明名称 一种基于VOF模型结合LBM-LES大涡模拟的 喷水推进舰船喷口尾 迹数值模拟方法 (57)摘要 本发明提供一种基于VOF模型结合LBM ‑LES 大涡模拟的喷水推进舰船喷口尾迹数值模拟方 法， 包括以下步骤： S1、 应用UG软件建立喷水推进 舰船实体三维模 型； 根据喷水推进舰船喷口结构 和参数， 基于VOF两相流模型结合LBM ‑LES大涡模 拟方法建立喷口尾迹数值模拟计算域； S2、 对喷 口所在区域进行划分和网格加密； S3、 定义包含 大气、 水体的模型为计算域， 定义材料及相、 设置 相见相互作用、 设置边界条件后， 追踪两相流界 面； S4、 将VOF两相流模型结合LBM ‑LES大涡模拟， 对流场使用滤波函数， 将独立的变量分解为大尺 度的可解分量和亚格子尺度量； 设置收敛标准、 计算时间步长、 设定计算总时长， 利用PISO算法 进行数值模拟； S5、 监测物理量， 输 出尾迹运动特 征的模拟结果。 权利要求书1页 说明书3页 附图1页 CN 115391931 A 2022.11.25 CN 115391931 A 1.一种基于VOF模型结合LBM ‑LES大涡模拟的喷水推进舰船喷口尾迹数值模拟方法， 其 特征在于， 包括以下步骤： S1、 应用UG软件建立喷水推进舰船实体三维模型； 根据喷水推进舰船喷口结构和参数， 基于VOF两相流模型 结合LBM‑LES大涡模拟方法建立喷口尾迹数值模拟计算 域； S2、 采用网格划分技术对喷口尾迹数值模拟计算域进行网格划分， 对喷口所在区域范 围进行网格加密； S3、 定义包含大气、 水体的模型为计算域， 定义材料及相、 设置相间相互作用、 设置边界 条件后， 采用VOF模型追踪两相流界面； S4、 将VOF两相流模型结合LBM ‑LES大涡模拟， 对流场使用滤波函数， 将独立的变量分解 为大尺度的可解分量和亚格子尺度量； 设置收敛标准、 计算时间步长、 计算总时长， 利用 PISO算法对喷水推进舰船喷口尾迹进行 数值模拟； S5、 监测物理量， 开启数据采样， 输出尾迹运动特 征的模拟结果。 2.根据权利 要求1所述的一种基于VOF模型结合LBM ‑LES大涡模拟的喷水推进舰船喷口 尾迹数值模拟方法， 其特 征在于， 步骤S2中， 网格加密后， 通过网格偏度指标判断网格质量。 3.根据权利 要求1所述的一种基于VOF模型结合LBM ‑LES大涡模拟的喷水推进舰船喷口 尾迹数值模拟方法， 其特 征在于， 步骤S3中， 将主相设置为大气， 次相设置为水体。 4.根据权利 要求3所述的一种基于VOF模型结合LBM ‑LES大涡模拟的喷水推进舰船喷口 尾迹数值模拟方法， 其特 征在于， 步骤S3中， 相间相互作用包括重力、 界面张力， 选择 连续表面应力模型。 5.根据权利 要求4所述的一种基于VOF模型结合LBM ‑LES大涡模拟的喷水推进舰船喷口 尾迹数值模拟方法， 其特 征在于， 步骤S3中， 边界条件设置为固定壁面采用无滑移壁面， 进口设置为速度入口， 水的体积 分数值设定为 1； 出口位置 设置为压力出口， 压力为0， 出口内部初始条件的水的体积分数设 定为0。权　利　要　求　书 1/1 页 2 CN 115391931 A 2一种基于VOF模型结 合LBM‑LES大涡模拟 的喷水推进舰船喷口 尾迹数值模拟方 法 技术领域 [0001]本发明涉及水利工程领域， 具体涉及一种基于VOF模型结合LB M‑LES大涡模拟的喷 水推进舰船喷口尾迹数值模拟方法。 背景技术 [0002]在江河湖海中， 舰船驶过水面后会形成一条长度可达数千米且 持续很长时间的尾 迹区， 舰船尾迹的研究具有重大的意义， 根据尾迹可以推算出舰船的位置、 估算舰船的运动 参数等， 有利于高效地管制水上 交通， 开展海上救援， 防止外部潜艇的入侵等。 其次， 研究舰 船尾流可用于配合生态环 境保护管理部门打击非法捕鱼、 监测非法倾倒油污。 此外， 研究舰 船尾流可以提高鱼雷 的有效半径， 有利于扩大其自身和载体的作战能力， 降低制 造鱼雷的 成本。 [0003]在现有技术条件下， 依靠实船进行尾迹 实验花费巨大， 测量数据有限， 测量结果精 度低， 实施难度大。 随着 计算机软硬件 水平的提高， 计算流体动力学技术在舰船尾迹模拟方 面得到广泛应用。 [0004]在气液两相界面追踪方面， 传统的追踪方法都具有存储量大， 应用复杂， 追踪界面 锐利性差， 精度低的特点， 并通常搭配LBM使用。 传统LBM是一种介于宏观与微观之间的介观 方法， 它不考虑单个粒子的运动， 而 是将所有粒子的运动视为一个整体， 它同时具有微观方 法和宏观方法的优势， 具有编程简单、 实施容易的优点， 但由于其对边界条件依赖性太强， 只能模拟中低雷诺数流动， 对处 理高雷诺数时计算稳定性 不是很好， 难以收敛。 [0005]现有技术多半依赖单一模型方法对喷水推进舰船喷口尾迹进行数值模拟， 结果缺 乏精确性和可靠性。 因此， 本发明提供一种结果精准可靠的基于VOF两相流模型结合LBM ‑ LES大涡模拟方法的喷水推进舰船喷口尾迹数值模拟方法。 发明内容 [0006]在喷水推进舰船运行过程中， 喷口所处状态比较复杂。 舰船正常运行时， 喷口处于 半淹没状态； 舰船启动和低速航行时， 喷口处于淹没状态； 舰船高速运行时， 喷口处于非淹 没状态。 对于喷水推进舰船喷口湍流尾迹的数值模拟应考虑自由水面的影响， 而且自由水 面和喷口旋转射流的相互作用也是尾迹形成的主要原因， 因此采用VOF两相流模型结合基 于 Boltzmann方法的大涡模拟(LBM ‑LES)开展数值模拟研究， 利用LBM模型在处理破碎交界 面的优势与VOF两相流模型在捕捉自由界面的优势相结合， 从而实现对喷口旋转射流与环 境水体相互作用导致的水体飞溅破碎及自由面变形现象进 行精确模拟。 本发明针对现有技 术中的不 足， 提供一种基于VOF模 型结合LBM ‑LES大涡模拟的喷水推进舰船喷口尾迹数值模 拟方法。 [0007]为实现上述目的， 本发明采用以下技 术方案： [0008]一种基于VOF模型结合LB M‑LES大涡模拟的喷水推进舰船喷口尾迹数值模拟方法，说　明　书 1/3 页 3 CN 115391931 A 3