船舶月池水动力性能与波浪动力学研究：几何构型对阻力削减与波面抑制的优化机制分析

　　本文系统探讨了月池前缘底部几何修饰（倒角、开槽与圆角）对船舶阻力特性与内部波场的影响。通过参数化设计与CFD（Computational Fluid Dynamics）模拟（基于OpenFOAM的interFoam求解器与SST k–ω湍流模型），发现不同方案可导致阻力变化达?7.3%至14.5%，且波高抑制最高超50%。研究揭示了流场结构与阻力/波面响应的非直接关联性，为高性能工程船月池设计提供理论依据与优化策略。

　　

Highlight

靶船模型

本研究以经改装的KCS模型为基础（图1），其主尺度见表1。在第一部分研究中，我们在KCS裸船体模型上设置了一个大型月池（长度=0.16L，宽度=0.24B）。月池前端设有垂直于船底的竖直壁。第一部分研究显示，该区域显著影响月池内流场，产生……

控制方程

为求解非定常不可压缩粘性流体，本研究采用不可压缩两相Navier-Stokes（N-S）方程作为控制方程。使用SST k–ω双方程模型（Menter等，2003）作为湍流模型。同时，采用结合PISO算法（Issa, 1986）与SIMPLE算法（Patankar和Spalding, 1983）的PIMPLE算法进行压力-速度耦合求解，确保流场充分迭代与收敛……

阻力优化对比

选取弗劳德数F_n = 0.2的算例进行数值模拟，获得各方案阻力数据，其平均阻力比值见图5。阻力时历曲线如图6所示，横轴为计算时间，纵轴为瞬时阻力（以原始模型平均阻力无量纲化，即^′ = R/R?）。对比显示……

结论

基于本研究第一部分对安装细长月池的KCS裸船体模型的探索，本工作进一步对月池前壁实施多种参数化船体修饰，旨在分析这些优化方案后船舶阻力及相关月池内波浪动力学与流场模式的变化。数值模拟得出以下发现：

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  1. 1.

     几何形状的改变……