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1、第 ! 卷第 ! 期船舶力学“#$%! :()?(!; (; )上海交通大学船舶与海洋工程学院，上海 (A(?摘要：本文从势流兴波阻力研究、 船体的粘性绕流、 螺旋桨的性能计算、 船舶耐波性和船舶操纵性等五个方面系统地回顾了船舶流体性能计算近 =( 余年来的发展， 对他们发展的脉略、 存在的主要问题、 不同时期出现的解决方法， 作了较为全面的评述， 并对 ) 世纪的船舶性能计算作了展望， 指出： )? 船舶流体力学中势流为控制因素的问题， 将统一在基本源的框架下； ?BC?6 方法算出， 边界层的计算则是常规的。通过船体边界层的计算， 可以得到前部 12 3 的船体上的摩擦阻力和佛鲁德数的影响
2、。国内造船界主要是沈奇心、 王言英在这方面有文章发表。为了解决船舶尾部周围 !23 船长上的粘流计算， 更重要的是解决桨盘面上的伴流分布， 从 !“$1 年的 ! 届国际船舶流体力学会议/A;:B(66 (4C?40开始， 船尾流场成为国际造船界的研究热点之一。开始以重叠船模/不计自由面的影响0为计算对象， 多数是直接求解 :(;:/D56CE4F0、 !“$- 年的第二届国际船舶粘性阻力会议/G?8EC?4F0和同年在大阪召开的国际船舶粘性流动讨论会、 !“$H 年的 !H 届 A;:/IE4JE9EK0、 !“$“ 年的第五届国际数值船舶流体力学会议 /DL4?MLN50， 到了 !“%
3、年在哥德堡召开的 4? 应用中的瓶颈之一。在数值求解 789: 中的第三个问题是数值离散。因为计算机只能处理离散数据， 所以在应用数值计算机求解物理问题时， 不得不把物理量离散地定义在适当的网格点上， 而把通常的微分,或积分-用这些离散点上的函数值来表示， 并称之为数值离散。微分,或积分、 或积分微分-方程经离散后得到一个一般是线性的代数方程组。离散方法主要有边界元法、 有限元法、 有限差分法,包括有限体积法、 有限解析法-、 谱方法等。在 ? 中目前占统治地位的是有限差分法， 已经有了许多优秀的差分格式， 而且新的格式还在不断地出现。 耐人寻味之处是， 上一个世纪之交， 许多伟大数学家辛苦建
4、立起来的、 逻辑严密的、 以极限概念为基础的 连续统 的微积分， 经过螺旋式上升， 今天又回到离散上来了。问题是： 离散方程， 包括用不同离散方法从 连续 方程得到的不尽相同的离散方程， 他们的解是否原来 连续 方程的解呢A从极限的概念来说， 只要网格足够小,假定极限存在-， 离散方程的解将逼近 连续 方程的解。实际情况是， 往往很难做变化网格的计算 ,特别是大型的计算-， 而有些问题对网格的划分和离散格式却相当敏感。不可压缩流体的 789: 方程有一个特点， 就是不显含控制压力的方程式， 或者说， 压力在制约流动的连续性条件中不起作用。通常的做法是， 对连续的动量方程取散度得到压力的泊桑方程
5、， 然后离散它； 或者由离散的动量方程表达速度， 所得结果代入离散的连续性方程中， 得到的也是离散的泊桑方程。 两者含义是共同的,著名 :BCD3E 系列算法的数学依据当也来源于此-。 从数学上讲， 一个方程和将该方程微分以后得到一个高阶的方程， 他们的解是不一样的。 对常微分方程， 两者差一常数； 对偏微分方程， 两者差一函数。总之， 高阶方程的解中包含了低阶方程的解， 如果边界条件设置得恰当， 也就是那个常数或者函数决定得合适， 两者可以是一样的。 问题是， 对不可压缩流体， 通常物面上的压力是待求的；而要数值地求解离散的泊桑方程，有时又不得不给出压力的边界条件，给得不好，得到的是假解，
6、这就是问题。 再者， 理论可以证明， 计算中也的确发现， 速度可以算得很好而压力却是脉动的， 原因在于不可压缩流体的方程中速度和压力的偶合不够紧密。为了克服压力脉动，经常采用所谓交错网格， 即把压力和速度定义在一个网格内的不同点上， 相应地离散动量和连续性方程所用的控制体积也不同， 这就增加了标识变量的数量和编制程序的难度。如把变量定义在网格的同一点上， 只有人为地增加高阶的耗散项,提高速度和压力的偶合程度而不损失精度-来解决。 借助于可压缩流体的思想， 在不可压缩流体的连续性方程中人为地引入压力的时间导数项， 使它和速度的散度成比例， 从而构成所谓 伪压缩性 也是常用的技巧。有关叠模粘性绕流
7、， 可参考文献F%G! H*I。J+船舶力学第 G 卷第 G 期用 !“ 方程求解带自由面的流动问题很早就有了，如 #$ 年代的 %6?-.)* %- +“。面元法作为一种奇点分布 法在流体力学中早就有了， 但真正能够实用则是在计算机出现以后， 以 ?; 4 ?ABC? 举行了 6789D面元法螺旋桨性能比较 计算和面元法计算桨叶脉动压力的研讨会。中国 39963 参加了会议， 提供了计算结果。主要结论是： 4 期刘应中等：*?(+ 和 (,%$A-.;=01./23用 BC8DE .01./23用商业软件 GCB6；8(HIJ$K ;01./-?-(! #:AB1 -. ?.C 687! #
8、:21 D-.9EF?G!#:01周正全、 张亮、 戴遗山， #:0 等%， 这种办法在 :2 年代上半期是比较流行的。相应地在空间固定坐标系中的格林函数是+ ,!-./0() “# 1),!/%$# 1),!/2%()- $%*+“),!/1- $%+“,0/.- $()“3)- $%+H2#“ #“)*$%42)“5%(-.#“)- $%6“式中：()- $%是 C7IJ? 函数； 3)- $%是单位阶跃函数；42)%是零阶贝塞函数。1 “5+*,) $)-% /#+!5 “,AHIJ-“($-0!#! !(! !(-“J 0 -#()!+=船舶力学第 C 卷第 C 期!“ # $% 年代
9、出现的沿船体2叠模5龙骨线的分离涡模型， 风行过一段时间。对于这类模型， 我国的吴秀恒曾有研究。就目前的情况来看， 船舶操纵性数值预报中的流体动力系数主要还是依靠实验数据， 形成所谓的工程实用方法。近年来由于计算机的发展和 ?A 的日渐成熟， 利用数值求解 BC; 世纪 3 年代中期达到高潮。 285BC;4/5352.4/5B.?!)#$CD)E“.:!*#$ (2? M23 K627 62 J=:./5A4 D-50 NA=43562 ;6362R1 :.3-6?!C#$,/421$)MJ*E“ N42?1E“553 :.3-6?1 76/ 7/. 1=/74A. 761 53- 76/4
10、/? 10.?!*#$“F3- DJN!K#E“6=2?4/:./1 259./1536852.4/ 1-50 49. A4A=43562 =1528 3-. )*M+ :.3-6?!*#$T3- M23 K627 62 J=:./5A4 D-50 NA=435621 67 1-50 49. :4a528 L A404;5535:53435621 42? 0/610.A31!*#$ (3- DN :.3-6? 76/ 169528 26252.4/ 1-50 49. 0/6;.:!*#$M,K!K#E6;.E“. 3-/. L ?5:.215624 )*JD .d=435621;=e L ?5
11、77./.2A. 10533528 =052? ?577./.2A528 1A-.:. L * A6:0=343562 67 3-. 76 4/6=2? ND* 342a./!C#$D.A3.?40./1 67 3-. K-52.1. D6A5.3 */A-53.A3=/. 42? X4/52. Q2852./528E“.; 1 015:14-.937 :145/ 32/41 ?( =91:1!($+A-59+B4 ?24+C526+ FG/-5/G23:.9=!C$HF.-5=.:3HI3;32HJ#K#+LJ+!MN$%.0 O1G257/= 2.; 1 ?( =91:1!I$+ I+ E
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13、9+56 D3QH(-9.4!C$HJ#N+!M#$*()( *H)?*(V( F+C5:;G!I$+ I+ E59+D3Q37 (-9.4194+I3;32+J#MHJLM+!ZN$ 周连第 + 船舶水动力学中的若干粘性流动问题!($+ 水动力学研究与进展暑期研讨会!C$HJ#KK+!ZJ$_F )朱明， )?*(V( FH%(I?V(D? F+ .2.41 /.661-1291 =.:.; .2 3-P.4-3-G 9526.0+C526+ 52 D.; FG/-5/G23:.9=!C$HF.-5=.:3HJ#K#+!Z“$(EE(D?D? AH U,(OWUU? H C()A(D( WH
14、U(UU? + V1 83Q1 -1=.=43291 ;-5P71: .2 3 P5+ ?2/+HJ#ZHZTJBJ+!ZM$C()A(D( WH)(EC? 6758=!I$+?24+I55/= .2 7.; G/-5/G23:.9=!($+A-59+JJ4(+C526+!C$HF5P3-4H(?24+C526+52 D.; FG/-5/G23:.9=!C$H?583 C.4GHJ#M+!ZR$C()A(D( WH)(EC? 52 a341- a3Q1= 32/ 7534.20 5/.1=!C$HE4 I52b=HD1865 65- =.; 6758= .297 ?24+C526+52 D.;
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