管 官， 林 焰，b， 楊 蕖， 周 帥

(大連理工大學(xué) a. 船舶CAD工程中心； b. 工程裝備結(jié)構(gòu)分析國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室， 遼寧 大連 116024)

·專題研討——虛擬仿真實(shí)驗(yàn)(48)·

基于FLUENT的獨(dú)立C型液貨艙晃蕩仿真實(shí)驗(yàn)研究

管 官a， 林 焰a，b， 楊 蕖a， 周 帥a

(大連理工大學(xué) a. 船舶CAD工程中心； b. 工程裝備結(jié)構(gòu)分析國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室， 遼寧 大連 116024)

船體液艙內(nèi)晃蕩是流體力學(xué)理論中的一個(gè)難點(diǎn)。為使學(xué)生充分理解獨(dú)立C型液貨艙內(nèi)的液貨晃蕩問題，針對獨(dú)立C型液貨艙晃蕩復(fù)雜、非線性的特點(diǎn)，建立了晃蕩數(shù)值計(jì)算模型，設(shè)計(jì)了基于FLUENT的獨(dú)立C型液貨艙晃蕩仿真實(shí)驗(yàn)，對不同工況下的晃蕩進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)。利用FLUENT進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)，能促進(jìn)學(xué)生對液體晃蕩機(jī)理的理解，使學(xué)生熟悉計(jì)算流體力學(xué)的基本知識，掌握晃蕩載荷計(jì)算方法，有利于提高學(xué)生的仿真能力，激發(fā)學(xué)生的科學(xué)探索熱情，培養(yǎng)學(xué)生解決實(shí)際科研問題的能力。

獨(dú)立C型液貨艙； 晃蕩； 仿真實(shí)驗(yàn)； FLUENT

0 引 言

船體液艙內(nèi)晃蕩是流體力學(xué)理論中的一個(gè)難點(diǎn)，無論從科研和教學(xué)角度，都非常復(fù)雜，學(xué)生難于理解。隨著LNG等液貨船型的開發(fā)和廣泛應(yīng)用，晃蕩問題的研究已經(jīng)成為水動(dòng)力學(xué)的一個(gè)熱點(diǎn)。獨(dú)立C型液貨艙是一種符合壓力容器規(guī)范的，可用于中小型LNG船舶的理想儲運(yùn)裝置，為了保證船舶和液貨艙的安全，在設(shè)計(jì)階段需要進(jìn)行晃蕩分析[1]。

晃蕩是指容器中的液體運(yùn)動(dòng)的現(xiàn)象，其特點(diǎn)在于自由液面及液體和容器的相互作用，具有非線性和隨機(jī)性[2]。當(dāng)外界激勵(lì)頻率接近液艙內(nèi)液體晃蕩的固有頻率時(shí)，即使在很小激勵(lì)幅值作用下也可能發(fā)生劇烈的晃蕩，對液艙產(chǎn)生猛烈的拍擊，甚至影響船舶的穩(wěn)性。對晃蕩的研究，在工程應(yīng)用和科研教學(xué)中，都具有著重要的意義[3]。

最初由于條件限制，對于晃蕩問題的研究僅限于實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)研究。此后，許多學(xué)者從理論解析方面對晃蕩問題進(jìn)行研究。近年來，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，以計(jì)算流體力學(xué)(CFD)為核心的數(shù)值仿真成為研究晃蕩問題的一種重要方法[4]。

為了加強(qiáng)培養(yǎng)學(xué)生的科研能力與創(chuàng)新能力，本文將獨(dú)立C型液貨艙晃蕩仿真引入教學(xué)實(shí)驗(yàn)，設(shè)計(jì)了“基于FLUENT的獨(dú)立C型液貨艙晃蕩仿真實(shí)驗(yàn)”，給學(xué)生創(chuàng)建一個(gè)接觸科研前沿、應(yīng)用專業(yè)知識的平臺，創(chuàng)建科學(xué)研究的情境，激發(fā)學(xué)生的科學(xué)探索熱情。FLUENT作為當(dāng)今計(jì)算流體仿真技術(shù)中最有效、最實(shí)用的工具之一，已經(jīng)在國內(nèi)外的船舶水動(dòng)力學(xué)專業(yè)教材中得到普遍選用，為仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)提供了工具[5]。將FLUENT仿真融入獨(dú)立C型液貨艙晃蕩實(shí)驗(yàn)教學(xué)，學(xué)生可以將所學(xué)的理論知識運(yùn)用到仿真實(shí)驗(yàn)中，這不僅可以促進(jìn)學(xué)生對液體晃蕩機(jī)理的理解，還能增強(qiáng)學(xué)生的仿真實(shí)踐能力。這種理論與實(shí)踐相結(jié)合的教學(xué)模式有效提高了教學(xué)質(zhì)量，使學(xué)生從中學(xué)到新的思維方式和研究方法以至有所創(chuàng)新[6-10]。

1 晃蕩仿真計(jì)算模型

隨著在晃蕩數(shù)值仿真方面的深入研究，CFD軟件中流體動(dòng)力學(xué)計(jì)算的模型越來越多，為晃蕩的研究提供了很多方法，但在眾多方法中，如何選擇可靠的計(jì)算模型，是求解晃蕩問題的關(guān)鍵[11-13]。

1.1 理論基礎(chǔ)

(1) 控制方程。任何形式的CFD都基于流體力學(xué)基本控制方程：連續(xù)方程、動(dòng)量和能量方程。根據(jù)要解決的問題建立數(shù)學(xué)模型并選取控制方程是求解流體問題的前提，同時(shí)還要考慮不同假設(shè)對結(jié)果的影響，更重要的是在模型復(fù)雜度和計(jì)算時(shí)間上找到平衡點(diǎn)。

(2) 離散方式——有限體積法。利用CFD進(jìn)行數(shù)值計(jì)算之前，需要將計(jì)算域離散化，在各個(gè)區(qū)域中確定網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)，進(jìn)而生成離散化網(wǎng)格。然后，將控制方程在網(wǎng)格上進(jìn)行離散。此外，對于晃蕩現(xiàn)象這種瞬態(tài)問題，還要在時(shí)域內(nèi)進(jìn)行離散。有限體積法(Finite Volume Method，F(xiàn)VM)，是近年來發(fā)展迅速的一種離散化方法，其特點(diǎn)是計(jì)算效率高，因此大多數(shù)CFD 軟件都選擇了這種離散方法。

(3) 湍流計(jì)算模型。k-ε雙方程模型是晃蕩數(shù)值模擬領(lǐng)域內(nèi)公認(rèn)的優(yōu)秀湍流模型[14]，可以通過求解兩個(gè)分別的輸運(yùn)方程決定湍流尺度和時(shí)間尺度。

1.2 FLUENT仿真求解模型

如圖1所示，F(xiàn)LUENT有密度基和壓力基2種仿真求解模型[14]。壓力基求解模型分為分離和耦合形式。對于晃蕩問題，需要使用VOF兩相流模型，與密度基求解模型不兼容，因此選擇壓力基求解模型。

圖1 FLUENT仿真求解模型

(1) 多相流模型?；问幀F(xiàn)象屬于多相流的一種，F(xiàn)LUENT提供了適用于晃蕩問題的流體域體積(VOF)模型。因此，選擇VOF法模擬自由液面，同時(shí)附加了多相相互作用特性。對于晃蕩問題，氣體可壓、液體不可壓的組合是模擬晃蕩問題最合適的選擇。因?yàn)闅怏w的可壓縮性對模擬過程影響較大，所以選擇理想氣體——空氣作為氣體模型；液體的可壓縮性對于模擬的影響結(jié)果很小，同時(shí)液體具有可壓縮性會大大增加計(jì)算時(shí)間，因此選擇恒密度的水作為液體模型。

(2) 時(shí)間模型。壓力基求解器提供兩種時(shí)間步進(jìn)格式：ITA(Iterative Time-Advancement Scheme，迭代時(shí)間步進(jìn)格式)和NITA(Non-Iterative Time-Advancement Scheme，非迭代時(shí)間步進(jìn)格式)[14]。ITA格式中，由于在每個(gè)時(shí)間步都要進(jìn)行大量的外部迭代，需要相當(dāng)?shù)挠?jì)算成本。而NITA格式不需要進(jìn)行外部迭代，相當(dāng)于每個(gè)時(shí)間步只進(jìn)行一次外部迭代，可以顯著提升瞬態(tài)模擬的速度。

(3) 速度壓力耦合模型。FLUENT提供的4種分離算法(SIMPLE、SIMPLEC、PISO、FSM)和1種耦合算法(Coupled)[14]：其中，SIMPLE和SIMPLEC只適用于ITA格式。PISO既適用于ITA格式，也適用于NITA格式，當(dāng)進(jìn)行瞬態(tài)流動(dòng)計(jì)算時(shí)，通常使用PISO。FSM相比PISO，會降低計(jì)算成本，但對于VOF法的模擬，F(xiàn)SM沒有PISO穩(wěn)定。Coupled常用于單相穩(wěn)態(tài)流動(dòng)。

(4) 空間模型。① 梯度插值。FLUENT提供3種梯度插值方法(Green-Gauss Cell Based、Green-Gauss Node Based、Least Squares Cell Based)：其中Green-Gauss Node Based在不規(guī)則非結(jié)構(gòu)網(wǎng)格上有更高的準(zhǔn)確性，因此，在FLUENT求解器里常采用[14]。② 壓力差值方法。當(dāng)使用VOF多相流模型時(shí)，可用的壓力差值格式有Body Force Weighted及PRESTO!。當(dāng)已知?jiǎng)恿糠匠讨畜w積力是主要因素時(shí)應(yīng)采用Body Force Weighted。而對于包含高雷諾數(shù)對流，高速旋轉(zhuǎn)流動(dòng)以及在高度扭曲的流域中的流動(dòng)，應(yīng)使用PRESTO!但是在使用NITA時(shí)，PRESTO!對于VOF模型的穩(wěn)定性不如Body Force Weighted[14]。③ 動(dòng)量方程和湍流動(dòng)能。FLUENT提供5種對于動(dòng)量方程和湍流動(dòng)能的差分方法：First Order Upwind,Second Order Upwind,Power Law,QUICK,Third-Order MUSL。通?？梢允褂肧econd Order Upwind計(jì)算，二階迎風(fēng)格式精度足夠，可滿足晃蕩計(jì)算精度要求[14]。④ 體積分?jǐn)?shù)插分方法。Fluent提供5 種顯式體積分?jǐn)?shù)插分方法:Geo-Reconstruct,CICSAM,Compressive,Modified HRIC,QUICK。其中Geo-Reconstruct最為精確[14]。⑤ 黏性模型。FLUENT中的湍流模型使湍流的控制方程最終能夠封閉。雷諾時(shí)均方法以及k-ε雙方程模型是晃蕩數(shù)值模擬領(lǐng)域內(nèi)公認(rèn)的優(yōu)秀湍流模型，本仿真實(shí)驗(yàn)中仍將其作為湍流模型。⑥ 液體區(qū)域運(yùn)動(dòng)模型。對于晃蕩問題，液艙的運(yùn)動(dòng)屬于剛體運(yùn)動(dòng)，即整個(gè)網(wǎng)格區(qū)域的運(yùn)動(dòng)。因此，應(yīng)選擇在時(shí)域內(nèi)包含網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)實(shí)際位移的運(yùn)動(dòng)作為晃蕩運(yùn)動(dòng)模型。

1.3 FLUENT主要參數(shù)設(shè)置

針對實(shí)驗(yàn)涉及的獨(dú)立C型液貨艙晃蕩仿真，主要參數(shù)設(shè)置如下：① 求解器類型。壓力基求解器；② 時(shí)間依賴性。瞬態(tài)；③ 多相流模型。VOF模型；④ 黏性模型。標(biāo)準(zhǔn)k-ε兩方程湍流模型；⑤ 區(qū)域運(yùn)動(dòng)方式。網(wǎng)格運(yùn)動(dòng)；⑥ 壓力速度耦合方式。PISO；⑦ 梯度空間離散格式。Green-Gauss Node Based；⑧ 壓力空間離散格式。Body Force Weighted；⑨ 動(dòng)力空間離散格式。Momentum；⑩ 體積分?jǐn)?shù)離散格式。Geo-Reconstruct；時(shí)間步進(jìn)格式。非迭代時(shí)間步進(jìn)。

2 獨(dú)立C型液貨艙晃蕩仿真

2.1 實(shí)驗(yàn)描述

(1) 模型尺寸及壓力檢測點(diǎn)。獨(dú)立C型液艙模型尺寸及壓力監(jiān)測點(diǎn)位置如圖 2所示，單位為mm。罐體中部為圓筒形，封頭為橢球形。壓力監(jiān)測點(diǎn)P1、P2、P3、P4分別位于25%、40%、50%、60%液位高度。

(2) 運(yùn)動(dòng)函數(shù)。獨(dú)立C型液貨艙的幾何形狀決定縱向激勵(lì)會產(chǎn)生劇烈的晃蕩，且船舶的縱搖運(yùn)動(dòng)出現(xiàn)的頻率大于縱蕩運(yùn)動(dòng)，因此選擇縱搖作為外部激勵(lì)?？v搖的軸線原點(diǎn)位置。如圖 2所示，與罐體中心位于同一垂線上，距離為331 mm?？v搖角位移函數(shù)如下：

圖2 模型內(nèi)部及壓力監(jiān)測點(diǎn)(mm)

(1)

式中：a為運(yùn)動(dòng)幅度(rad)；T為縱搖周期(s)。

進(jìn)而得到縱搖角速度為

(2)

(3) 實(shí)驗(yàn)工況。進(jìn)行50%載液率下激勵(lì)頻率等于0.7倍固有頻率的縱搖3°幅值運(yùn)動(dòng)的實(shí)驗(yàn)，如表1所示。

表1 實(shí)驗(yàn)工況

(4) 區(qū)域的運(yùn)動(dòng)與壓力的監(jiān)測。流域的運(yùn)動(dòng)函數(shù)通過UDF(用戶自定義函數(shù))加載到FLUENT，使整個(gè)計(jì)算區(qū)域以網(wǎng)格運(yùn)動(dòng)(Mesh Motion)的方式模擬液艙運(yùn)動(dòng)。計(jì)算時(shí)，為了跟蹤各壓力監(jiān)測點(diǎn)，在后處理軟件CFD-Post中，通過跟蹤最近節(jié)點(diǎn)的方式，提取壓力歷時(shí)曲線。

2.2 網(wǎng)格獨(dú)立性研究

(1) 采用網(wǎng)格。本實(shí)驗(yàn)采用a系列和f系列2組網(wǎng)格進(jìn)行獨(dú)立性驗(yàn)證,其中a系列為六面體結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格，f系列為多面體非結(jié)構(gòu)網(wǎng)格。對于a系列網(wǎng)格，a1網(wǎng)格封頭表面尺寸取25 mm，其他3套網(wǎng)格逐漸加密，參數(shù)見表2，各網(wǎng)格中縱剖面如圖4所示。

表2 a系列網(wǎng)格參數(shù)

如圖5所示，f系列網(wǎng)格采用f1,f2,f3,f44套網(wǎng)格進(jìn)行獨(dú)立性驗(yàn)證，參數(shù)見表3。

(2) 結(jié)果與分析。a1網(wǎng)格是a系列中最疏的網(wǎng)格，以a1為例，說明獨(dú)立性驗(yàn)證結(jié)果。圖6為采用a1網(wǎng)格計(jì)算得到的p1點(diǎn)壓力歷時(shí)曲線，及其與實(shí)驗(yàn)結(jié)果的對比。

(a) 網(wǎng)格a1

(b) 網(wǎng)格a2

(c) 網(wǎng)格a3

(d) 網(wǎng)格a4

網(wǎng) 格f1f2f3f4基礎(chǔ)尺寸/mm25201510節(jié)點(diǎn)數(shù)2350945995109641351180單元數(shù)422080731870058925最小正交質(zhì)量0.2630.3300.4000.388最大縱橫比9.5269.3279.86710.342

(a) 網(wǎng)格f1

(b) 網(wǎng)格f2

(c) 網(wǎng)格f3

(d) 網(wǎng)格f4

可見：即使采用最疏的網(wǎng)格，其數(shù)值仿真結(jié)果與實(shí)驗(yàn)結(jié)果的趨勢也基本一致；從峰值壓力的大小來看，a1網(wǎng)格的結(jié)果略低于實(shí)驗(yàn)結(jié)果。需要注意的是，仿真采用了跟蹤節(jié)點(diǎn)的方式提取監(jiān)測點(diǎn)的壓力值，這種誤差可能是由于封頭處網(wǎng)格較疏，節(jié)點(diǎn)與實(shí)際監(jiān)測點(diǎn)位置偏差較大導(dǎo)致的。

圖6 a1網(wǎng)格p1點(diǎn)壓力歷史曲線計(jì)算結(jié)果

圖7給出了a1網(wǎng)格計(jì)算出的罐體所受最大壓強(qiáng)的結(jié)果相對于a4網(wǎng)格計(jì)算結(jié)果的誤差。

圖7 a1網(wǎng)格全局最大壓強(qiáng)誤差(相對于a4網(wǎng)格)

圖8給出了在某時(shí)刻采用a1網(wǎng)格計(jì)算出的自由液面處的體積分?jǐn)?shù)與a4網(wǎng)格的誤差。

圖8 a1網(wǎng)格自由液面處水的體積分?jǐn)?shù)誤差(相對于a4網(wǎng)格)

可見，自由液面處的體積分?jǐn)?shù)誤差在0.5以內(nèi)，說明a1和a4網(wǎng)格計(jì)算出的自由液面吻合良好。

表4給出了網(wǎng)格獨(dú)立性驗(yàn)證結(jié)果的匯總。

可見，a系列網(wǎng)格中的前3個(gè)網(wǎng)格與a4網(wǎng)格的最大平均修正誤差為1.42%，最大均方根誤差為1.65%；f系列網(wǎng)格中的前3個(gè)網(wǎng)格與f4網(wǎng)格的最大平均修正誤差為1.46%，最大均方根誤差為2.14%，均在可接受范圍內(nèi)。在a4和f4網(wǎng)格的對比中，兩者的平均修正誤差為0.69%，均方根誤差為1.14%，誤差較小。此外，a1的計(jì)算速度約為a4的4.5倍；f4的計(jì)算速度約為f1的5.4倍。因此，采用25 mm作為基本尺寸，在精度損失不大的情況下，增加了運(yùn)算速度。

表4 格獨(dú)立性驗(yàn)證結(jié)果匯總

在f4和a4的對比中可見，六面體網(wǎng)格和多面體網(wǎng)格得出的結(jié)果差異不明顯；而在精度相當(dāng)?shù)那闆r下，多面體網(wǎng)格的單元數(shù)遠(yuǎn)低于六面體網(wǎng)格，可節(jié)約計(jì)算成本。因此，采用多面體網(wǎng)格。

3 仿真結(jié)果與分析

對獨(dú)立C型液艙模型內(nèi)液體晃蕩進(jìn)行了數(shù)值仿真，利用模型實(shí)驗(yàn)采集到的壓力數(shù)據(jù)對仿真的準(zhǔn)確性進(jìn)行驗(yàn)證。數(shù)值仿真給出結(jié)果數(shù)據(jù)保存周期為40 ms，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)采集周期由傳感器采集頻率決定，為50～100 ms。

(1) 壓力歷時(shí)曲線對比。以p1監(jiān)測點(diǎn)為例，圖9所示為p1點(diǎn)壓力歷時(shí)曲線的數(shù)值仿真和實(shí)驗(yàn)結(jié)果對比。

圖9 P1點(diǎn)壓力歷時(shí)曲線

由圖9可見，p1點(diǎn)的壓力數(shù)值計(jì)算結(jié)果和實(shí)驗(yàn)結(jié)果在相位和數(shù)值上吻合得很好。數(shù)值結(jié)果7個(gè)周期內(nèi)平均峰值相對于實(shí)驗(yàn)結(jié)果的誤差為1.19%。

(2) 自由液面的對比。圖10和圖11分別給出了某時(shí)刻實(shí)驗(yàn)拍攝到的自由液面和數(shù)值計(jì)算出的自由液面情況?？梢?，數(shù)值仿真出的自有液面形狀與實(shí)驗(yàn)拍攝到的自由液面形狀很相似。

通過對實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的觀察，發(fā)現(xiàn)獨(dú)立C型液貨艙受到晃蕩影響較危險(xiǎn)的點(diǎn)位于罐體頂部與封頭的交界處附近。由于數(shù)值仿真可以提取出任意時(shí)刻的壓力分布，故能夠幫助找到拍擊壓力發(fā)生的具體位置，圖12給出了典型的拍擊壓力出現(xiàn)位置。

圖10 實(shí)驗(yàn)自由液面

圖11 數(shù)值自由液面

可見，受到最大拍擊壓力的點(diǎn)位于罐體頂部與封頭的交界處附近，與實(shí)驗(yàn)觀察到的現(xiàn)象一致。

4 結(jié) 語

本文將獨(dú)立C型液貨艙晃蕩仿真引入到教學(xué)實(shí)驗(yàn)中，對所采用的晃蕩仿真計(jì)算模型進(jìn)行了敘述，對FLUENT中的仿真求解模型進(jìn)行了比較，給出了FLUENT參數(shù)設(shè)置方式；同時(shí)，利用FLUENT對獨(dú)立C型液貨艙晃蕩進(jìn)行了仿真實(shí)驗(yàn)，進(jìn)行了網(wǎng)格獨(dú)立性研究，給出了網(wǎng)格生成方法，在此基礎(chǔ)上，對50%液位，激勵(lì)頻率為0.7倍固有頻率，縱搖3度工況進(jìn)行了仿真實(shí)驗(yàn)，并與真實(shí)結(jié)果進(jìn)行了對比。結(jié)果表明，仿真結(jié)果與實(shí)際情況吻合良好，可以仿真獨(dú)立C型液貨艙晃蕩現(xiàn)象。

本文所設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)是獨(dú)立C型液貨艙晃蕩數(shù)值計(jì)算研究中的部分內(nèi)容。學(xué)生通過操作實(shí)驗(yàn)過程、分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果和撰寫實(shí)驗(yàn)報(bào)告，可以從中熟悉CFD理論，學(xué)習(xí)FLUENT的建模、網(wǎng)格劃分、水動(dòng)力分析等方法，培養(yǎng)學(xué)生利用先進(jìn)仿真軟件解決實(shí)際科研問題的能力。實(shí)驗(yàn)結(jié)果中豐富的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和仿真圖形能使學(xué)生更直觀地理解晃蕩過程，有助于激發(fā)學(xué)生獲取新知識的熱情。

[1] 胡 帥.獨(dú)立C型液艙晃蕩數(shù)值模擬與實(shí)驗(yàn)研究[D].大連：大連理工大學(xué)，2015.

[2] 武超然.獨(dú)立C型液貨艙制蕩裝置設(shè)計(jì)研究[D].大連：大連理工大學(xué)，2015.

[3] 朱仁慶. 液體晃蕩及其與結(jié)構(gòu)的相互作用[D]. 無錫：中國船舶科學(xué)研究中心, 2002.

[4] 劉永濤. 艙室內(nèi)液體晃蕩的數(shù)值模擬及其與船體運(yùn)動(dòng)耦合作用的研究[D].上海:上海交通大學(xué), 2014.

[5] 鄢志丹,艾春偉,馬士騰. 基于FLUENT的連續(xù)波泥漿脈沖仿真實(shí)驗(yàn)研究[J].實(shí)驗(yàn)技術(shù)與管理，2015，32(9)：51-53，64

[6] 吳再生,吳有訓(xùn).大學(xué)教育思想及其在清華的實(shí)踐:以高水平科學(xué)研究支撐的高質(zhì)量大學(xué)教育[J]．清華大學(xué)教育研究,2013，33(3)：112-118

[7] 錢 潔,石嘉豪,費(fèi) 儉．模擬科研情境開展研究型實(shí)驗(yàn)教學(xué)[J]．實(shí)驗(yàn)室研究與探索,2010，29(1)：132-134.

[8] 周立亞,龔福忠,蘭宇衛(wèi),等．構(gòu)建研究型實(shí)驗(yàn)教學(xué)法培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力[J]．實(shí)驗(yàn)室研究與探索,2011，30(5)：127-129

[9] 馮根生,馮 婷,杜春榮．基于學(xué)科特點(diǎn)的研究型實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式建設(shè)[J]．實(shí)驗(yàn)技術(shù)與管理, 2012，29(3)：239-241.

[10] 馮毅萍,張光新,榮 岡．基于知識系統(tǒng)化重構(gòu)的研究型實(shí)驗(yàn)教學(xué)[J]．實(shí)驗(yàn)技術(shù)與管理, 2012，29(10)：154-156，168.

[11] John D. Anderson J R. 計(jì)算流體力學(xué)入門[M]. 北京：清華大學(xué)出版社, 2010.

[12] 林建忠. 流體力學(xué)[M]. 北京: 清華大學(xué)出版社, 2013.

[13] 歐珠光. 工程振動(dòng)[M]. 武漢: 武漢大學(xué)出版社, 2010.

[14] ANSYS FLUENT Theory Guide[R].ANSYS, Inc., 2009.

Study on Simulation Experiment of Sloshing in Independent Type C Tanks Based on FLUENT

GUAN Guana, LIN Yana,b, YANG Qua, ZHOU Shuaia

(a. Ship CAD Engineering Center; b. State Key Laboratory of Structural Analysis for Industrial Equipment, Dalian University of Technology, Dalian 116024, Liaoning, China)

Sloshing in tank of ship is one of the difficulties of fluid mechanics. In order to make students fully understand the theoretical knowledge of sloshing in independent type C tanks, a numerical computational model is established for the complex nonlinear sloshing in independent type C tanks, and a simulation experiment is designed based on FLUENT. Simulation experiments are carried out under different conditions of sloshing. The simulation experiments with FLUENT can promote students’ understanding of theoretical knowledge of sloshing, make students learn the basic knowledge of computational fluid dynamics and master the computing method for sloshing load. It is beneficial to improve students’ ability of simulation, motivate students’ scientific curiosity and cultivate students’ ability to solve practical research problems.

independent type C tanks; sloshing; simulation experiment; FLUENT

——摘自《國家中長期教育改革和發(fā)展規(guī)劃綱要(2010-2020年)》

2016-11-20

國家自然科學(xué)基金資助(51609036)；中國博士后科學(xué)基金資助項(xiàng)目(2014M561234、2015T80256)；遼寧省博士啟動(dòng)基金(201501176)；中央高?；究蒲袠I(yè)務(wù)費(fèi)專項(xiàng)資金(DUT16RC(4)26)

管 官(1983-),男(滿),遼寧丹東人，博士，講師，主要從事船舶與海洋工程專業(yè)相關(guān)教學(xué)與科研工作。

Tel.:13610926011; E-mail：guanguan@dlut.edu.cn

U 661.71； G 642.423

A

1006-7167(2017)08-0095-05

優(yōu)化知識結(jié)構(gòu)，豐富社會實(shí)踐，強(qiáng)化能力培養(yǎng)。著力提高學(xué)生的學(xué)習(xí)能力、實(shí)踐能力、創(chuàng)新能力、教育學(xué)生學(xué)會知識技能，學(xué)會動(dòng)手動(dòng)腦，學(xué)會生存生活，學(xué)會做事做人，促進(jìn)學(xué)生主動(dòng)適應(yīng)社會，開創(chuàng)美好未來。