浮體帶漂角拖航阻力預(yù)報(bào)

徐嘉雯，于雁云，林 焰

（大連理工大學(xué)船舶CAD工程中心，遼寧大連116024）

0 引 言

浮式結(jié)構(gòu)物在受限水域航行或處于無(wú)自航能力狀態(tài)時(shí)，以及建造完成后運(yùn)輸?shù)街付ò惭b地點(diǎn)的過(guò)程中，都必須依靠拖輪進(jìn)行拖帶作業(yè)。拖曳過(guò)程中，會(huì)受到各種風(fēng)浪流的影響和航道的限制，為保證拖航安全，隨時(shí)需要調(diào)整航向、注意避讓?zhuān)扇「鞣N轉(zhuǎn)彎以及旋轉(zhuǎn)操作，被拖物體隨著拖輪沿線航行，基本上時(shí)刻處于帶漂角的拖航狀態(tài)。

目前對(duì)于各類(lèi)浮式結(jié)構(gòu)物拖航阻力開(kāi)展的研究有很多，主要有三種方式：經(jīng)驗(yàn)公式估算[1-3]、模型試驗(yàn)和數(shù)值仿真?，F(xiàn)在眾多學(xué)者還是主要集中于研究縱向拖航，且一般側(cè)重于考慮半潛式鉆井平臺(tái)[4-5]、防波堤[6]、多體船[7]等浮式結(jié)構(gòu)物的各種結(jié)構(gòu)形式或浮體浸沒(méi)深度[8]對(duì)拖航阻力的影響，也有針對(duì)湍流模型選取對(duì)阻力預(yù)報(bào)精度影響的研究[9]，但帶漂角拖航的研究暫時(shí)還比較少，且大多學(xué)者選擇單一地通過(guò)數(shù)值模擬或者單純的模型試驗(yàn)來(lái)分析流動(dòng)特性和變化規(guī)律。比如，曾祥堃等[10]對(duì)不同迎流角下大型沉井的拖航工況進(jìn)行了數(shù)值模擬。朱建國(guó)等[11]針對(duì)管節(jié)浮運(yùn)進(jìn)行了模型試驗(yàn)，探究其在不同流向角時(shí)的拖航阻力，基于此提出了編隊(duì)方案。劉為民等[12]基于CFD 對(duì)典型拖航角度下平臺(tái)的拖航阻力和流場(chǎng)分布特性進(jìn)行了分析。Ommani等[13]研究了側(cè)壁式平板在不同漂角時(shí)的受力情況，并將不同計(jì)算方法和試驗(yàn)值進(jìn)行對(duì)比研究。田喜民等[14]模擬了KVLCC2 模型在小漂角斜航運(yùn)動(dòng)時(shí)的粘性流場(chǎng)，得到0°、3°、6°、12°漂角下的水動(dòng)力特性，比較了SST k-ω和RNG k-ε湍流模型的模擬結(jié)果，并與試驗(yàn)值對(duì)比，認(rèn)為SST k-ω 湍流模型更適合船舶斜航運(yùn)動(dòng)時(shí)的數(shù)值模擬。相比于縱向拖航，實(shí)際工程中帶漂角拖航的情況更為普遍，且不僅僅局限于小漂角的情況，若能針對(duì)不同拖航方向提供更為精確的拖航阻力數(shù)值預(yù)報(bào)，對(duì)后續(xù)拖航作業(yè)中拖纜安排、編隊(duì)布置等方面都將能夠提供更為安全可靠的參考。

目前對(duì)于縱向拖航問(wèn)題的數(shù)值預(yù)報(bào)研究已經(jīng)比較成熟，但是帶有漂角的拖航問(wèn)題是更復(fù)雜的高雷諾數(shù)非對(duì)稱分離流動(dòng)，針對(duì)不同漂角時(shí)的數(shù)值模擬方法不盡相同。因此本文針對(duì)這類(lèi)問(wèn)題展開(kāi)研究，以浮式閘門(mén)為研究對(duì)象，借助FLUENT軟件對(duì)其不同漂角下的拖航性能進(jìn)行數(shù)值分析。

1 基本理論

1.1 控制方程

考慮浮體處于一定的漂角狀態(tài)，以一定速度被拖帶的情況時(shí)，一般假定浮體靜止不動(dòng)，水流以一定速度從遠(yuǎn)處流過(guò)來(lái)。由于現(xiàn)在工程應(yīng)用上DNS 方法和LES 方法受到計(jì)算機(jī)資源的限制，所以選取的合理解決辦法是放棄流場(chǎng)中各種尺度的脈動(dòng)信息，選擇工程實(shí)際比較關(guān)注的湍流要素時(shí)均值，因此考慮以時(shí)均化的連續(xù)方程和時(shí)均化的動(dòng)量方程為控制方程。

連續(xù)方程為

動(dòng)量方程為

式中：t為時(shí)間；μ為流體的動(dòng)力粘性系數(shù)；ui和uj為速度分量；ui′和uj′為速度分量脈動(dòng)值；fi為質(zhì)量力；p為流體的壓力；ρ為流體的密度。

1.2 湍流模型

RANS 方程雖然經(jīng)過(guò)時(shí)均化，但未知量的個(gè)數(shù)大于已有方程數(shù)，必須選擇相應(yīng)的物理模型使方程組封閉。本文采用渦粘模型中的RNG k-ε模型和SST k-ω模型。

RNG k-ε模型的基本未知量k和ε對(duì)應(yīng)的輸運(yùn)方程為

式中：Gk表示平均速度梯度造成的湍動(dòng)能生成項(xiàng)；Gb是由浮力引起的湍動(dòng)能生成項(xiàng)；YM代表可壓縮湍流中的波動(dòng)擴(kuò)張?jiān)斐傻恼w耗散率；C1ε，C2ε，C3ε是常量；αk與αε分別表示k 和ε 的有效Prandtl 數(shù)的倒數(shù)；Sk和Sε是用戶自定義源項(xiàng)。

與SST k-ω模型的基本未知量k和ω對(duì)應(yīng)的輸運(yùn)方程為

式中，Gk表示湍動(dòng)能生成項(xiàng)，Gω為耗散率生成項(xiàng)；Γk和Γω分別代表k 和ω 的有效擴(kuò)散項(xiàng)；Yk和Yω則分別代表k和ω的耗散項(xiàng)；Dω代表交叉擴(kuò)散項(xiàng)；Sk和Sω是用戶自定義的源項(xiàng)。

1.3 自由液面模擬

涉及到氣液兩相流時(shí)，需要模擬水面和空氣的交界面，本文選用VOF 方法模擬自由液面的運(yùn)動(dòng)，控制方程為

取空氣為第一相，水為第二相，F(xiàn) = 0表示網(wǎng)格中都為空氣；F = 1表示網(wǎng)格中都為水；0 ＜F ＜1表示含有流體界面的網(wǎng)格，稱為界面網(wǎng)格，網(wǎng)格中既有空氣又有水。

2 模型試驗(yàn)

本文以水電站的浮式閘門(mén)為研究對(duì)象，閘門(mén)的實(shí)際尺寸如表1所示，實(shí)際閘門(mén)和模型的縮尺比為15。模型試驗(yàn)在大連理工大學(xué)船舶拖曳水池中完成，該水池長(zhǎng)170 m，寬為7 m，水深為4 m。運(yùn)用EFD 法模擬閘門(mén)在靜水中的拖航過(guò)程，通過(guò)改變拖曳速度和拖曳角度來(lái)進(jìn)行模型試驗(yàn)，以驗(yàn)證數(shù)值方法的正確性。

本次閘門(mén)拖航性能試驗(yàn)是將一定比例制作的模型安裝于模型架上，用模型架上的X、Y 兩個(gè)方向的拉力傳感器來(lái)采集合成閘門(mén)模型在靜水中拖航時(shí)受到的水阻力，模型架如圖1（a）所示。試驗(yàn)前先精確對(duì)位流向角，然后按照試驗(yàn)速度啟動(dòng)拖車(chē)，待拖航速度穩(wěn)定一段時(shí)間后，數(shù)據(jù)采集過(guò)程即完成，隨后對(duì)拖車(chē)進(jìn)行制動(dòng)停止。之后再將拖車(chē)退回到初始位置，準(zhǔn)備進(jìn)行下一次試驗(yàn)。針對(duì)每種拖航工況都進(jìn)行兩次重復(fù)試驗(yàn)，以此來(lái)保證試驗(yàn)數(shù)據(jù)的可靠性和正確性。試驗(yàn)過(guò)程圖如圖1（b）所示。

表1 閘門(mén)尺寸Tab.1 Size of gate

圖1 模型試驗(yàn)Fig.1 Model test

3 數(shù)值計(jì)算模型

為避免相似率換算帶來(lái)的誤差，本文數(shù)值計(jì)算模型為與模型試驗(yàn)對(duì)應(yīng)的模型，水的密度、粘性等參數(shù)直接取試驗(yàn)對(duì)應(yīng)的參數(shù)。針對(duì)漂角為30°、45°、60°、90°的情況分別進(jìn)行建模。因四種計(jì)算模型的建立方法類(lèi)似，只是閘門(mén)在流場(chǎng)中的方位角度不同，因此僅以45°來(lái)流方向?yàn)槔o出計(jì)算模型和控制域，如圖2 所示?？紤]計(jì)算域時(shí)，閘門(mén)距水流入口為1 倍的跨距（跨距即閘門(mén)的寬），距水流出口為4倍的跨距，距計(jì)算域頂部為1倍跨距，距計(jì)算域底部為1.5倍跨距。為了忽略側(cè)壁邊界對(duì)水流的影響，設(shè)置閘門(mén)到計(jì)算域側(cè)壁的距離均為1個(gè)跨距。

圖2 計(jì)算模型和控制域Fig.2 Computation model and control domain

進(jìn)行邊界設(shè)置時(shí)，進(jìn)流面設(shè)置為來(lái)流速度入口邊界（velocity inlet）；出流面設(shè)置為壓力出口邊界（pressure outlet）；設(shè)置流域兩個(gè)側(cè)壁面和流域上表面為對(duì)稱面邊界（symmetry）；流域底面可設(shè)置為無(wú)滑移壁面邊界（wall）；閘門(mén)的表面設(shè)置為無(wú)滑移壁面邊界（wall）。邊界條件設(shè)置如圖3所示。

圖3 邊界條件Fig.3 Boundary conditions

網(wǎng)格劃分需遵循保證網(wǎng)格質(zhì)量和控制網(wǎng)格數(shù)量的原則，以漂角45°為例，模型的網(wǎng)格劃分和網(wǎng)格細(xì)化情況如圖4所示。為了得到針對(duì)不同漂角下的拖航阻力數(shù)值預(yù)報(bào)的較優(yōu)方法，本文對(duì)每一漂角分別采用不同的網(wǎng)格劃分方案，探究其對(duì)預(yù)報(bào)結(jié)果的影響。

圖4 網(wǎng)格劃分Fig.4 Mesh generation

4 數(shù)值結(jié)果分析

4.1 網(wǎng)格劃分方案選取

對(duì)于不同漂角的拖航工況分別得到三套網(wǎng)格劃分方案，加密程度依次增強(qiáng)，方案1對(duì)應(yīng)的是粗糙網(wǎng)格，方案2對(duì)應(yīng)的是精細(xì)網(wǎng)格，方案3對(duì)應(yīng)的是細(xì)化網(wǎng)格，不同漂角下的網(wǎng)格方案匯總?cè)绫?所示。

每個(gè)漂角選取三組典型的網(wǎng)格劃分方案，每種方案均在上一種方案的基礎(chǔ)上進(jìn)行一定程度的加密，數(shù)值計(jì)算時(shí)選擇的所有參數(shù)均一致，比較同一漂角下不同網(wǎng)格劃分方案的計(jì)算值。由圖5 可見(jiàn)，網(wǎng)格數(shù)量越多，計(jì)算結(jié)果越趨于穩(wěn)定。網(wǎng)格數(shù)太少，會(huì)造成計(jì)算結(jié)果偏高，計(jì)算可信度不足；網(wǎng)格數(shù)量太多，計(jì)算可靠性越好，但計(jì)算成本也越高。以45°漂角為例，給出網(wǎng)格1 和網(wǎng)格2 以及網(wǎng)格3 時(shí)的波高云圖以及試驗(yàn)拍攝的波高圖，如圖6所示，網(wǎng)格3對(duì)于流場(chǎng)的捕捉最為精確，尤其是尾部大面積的流場(chǎng)細(xì)節(jié)。網(wǎng)格2得到的數(shù)值結(jié)果比網(wǎng)格1的數(shù)值結(jié)果更能精確描述閘門(mén)周?chē)牟ɡ思?xì)節(jié)，尤其是閘門(mén)的來(lái)流面。因此綜合計(jì)算精度和計(jì)算時(shí)間考慮，對(duì)于30°、45°、60°、90°漂角，均選取2 號(hào)網(wǎng)格劃分方案。

圖5 不同的網(wǎng)格方案計(jì)算結(jié)果Fig.5 Computational results of drag resistance adopting different grid partitioning schemes

表2 不同漂角下的網(wǎng)格劃分方案Tab.2 Computational grid schemes of gate against drift angles

圖6 45°漂角時(shí)不同網(wǎng)格方案的波高圖與試驗(yàn)圖的對(duì)比Fig.6 Comparison of wave height contours with different grid partitioning schemes and test results at 45°drift angle

4.2 湍流模型選取

影響數(shù)值模擬結(jié)果的因素有很多，其中湍流模型的選擇至關(guān)重要。本文主要考慮k-ε 湍流模型和k-ω湍流模型這兩個(gè)系列。借鑒前人的經(jīng)驗(yàn)，選取RNG k-ε湍流模型以及SST k-ω湍流模型進(jìn)行研究，得到的相應(yīng)數(shù)值模擬值與EFD法得到的結(jié)果對(duì)比如圖7所示。

圖7 不同漂角下的拖航阻力Fig.7 Drag resistance against drift angle

對(duì)比不同漂角下的阻力預(yù)報(bào)值和模型試驗(yàn)值，阻力的增長(zhǎng)隨著速度的增加成非線性關(guān)系，航速對(duì)于阻力的影響非常大。結(jié)合表3的結(jié)果，漂角為45°時(shí)的預(yù)報(bào)誤差最大；漂角小于45°時(shí)，采用SST k-ω湍流模型模擬吻合度較好；漂角大于45°時(shí)，SST k-ω湍流模型和RNG k-ε 湍流模型吻合度都比較理想。對(duì)比兩種湍流模型，采用SST k-ω 湍流模型模擬誤差都在10%以內(nèi)，模擬精度一直比較穩(wěn)定；RNG k-ε 湍流模型在大于45°漂角的工況時(shí)，精度有很大的提升；但是當(dāng)漂角小于45°時(shí)，誤差均超過(guò)10%，預(yù)報(bào)的精度不夠穩(wěn)定。

總體來(lái)說(shuō)，RNG k-ε 湍流模型適用于充分發(fā)展的湍流流動(dòng)，對(duì)于30°和45°漂角的情況，流動(dòng)還是比較貼近于壁面，近壁面區(qū)域流體流動(dòng)受粘性影響還比較大，如圖8（a）和圖8（b）所示，此時(shí)該模型的預(yù)報(bào)精度不是很理想，但當(dāng)漂角為60°和90°時(shí)，如圖8（c）和圖8（d）所示，水流形成大面積的漩渦，幾乎沒(méi)有緊貼壁面的流動(dòng)，湍流發(fā)展比較充分，此時(shí)該模型的模擬精度非常高。而SST k-ω 湍流模型穩(wěn)定性很好，適合模擬近壁面不充分發(fā)展的流動(dòng)，很適合處理旋轉(zhuǎn)流問(wèn)題以及模擬邊界層處大范圍的分離流動(dòng)，對(duì)于各個(gè)漂角下的模擬精度均能滿足工程實(shí)踐的要求。

對(duì)比不同漂角下自由表面的速度矢量圖，可以發(fā)現(xiàn)物體背流面流動(dòng)隨漂角變化很大。迎流面的水流接觸物體后緊貼物體表面，順著物體輪廓向后流動(dòng)，流動(dòng)比較順滑；而背流面的水流流動(dòng)與物體分離，在物體后方形成漩渦。漂角越大，背流面的漩渦生成中心在垂直方向距離物體越遠(yuǎn)；漩渦范圍也隨著漂角的增大而逐步擴(kuò)大。迎流面和背流面的水流在物體前端點(diǎn)分離后，于物體末端附近匯合，從圖8 中可以看到30°和45°漂角時(shí)，迎流面和背流面的兩股水流匯合后融為一體向下游流動(dòng)；而60°漂角時(shí)迎流面和背流面水流匯合后在物體末端附近又形成了一個(gè)漩渦，然后一起向下游流動(dòng)；90°漂角的情況比較極端，在物體背流面兩端形成兩個(gè)完全對(duì)稱的漩渦，其實(shí)可以看成60°漂角時(shí)流動(dòng)情況的一個(gè)延伸。

表3 數(shù)值模擬誤差Tab.3 Error of numerical simulation results

圖8 速度矢量圖Fig.8 Velocity vector diagram

除了自由表面展現(xiàn)的流動(dòng)特征，水下的水流流動(dòng)更具有復(fù)雜多變的特點(diǎn)，且各個(gè)漂角存在很大差異。為了更好地觀察閘門(mén)水下部分周?chē)鞯牧鲃?dòng)和漩渦生成情況，從閘門(mén)底部的視角研究水下水流流動(dòng)，以下的數(shù)值分析均基于該視角。

30°漂角下整個(gè)流域的流動(dòng)情況如圖9所示，閘門(mén)周?chē)牧鲌?chǎng)可以觀察到漩渦的產(chǎn)生，尾流場(chǎng)可以明顯看到大范圍的水流螺旋流動(dòng)。通過(guò)建立如圖9（a）所示的平面分割流場(chǎng)，分別是Z系列平面，即沿Z 方向建立高度為-0.55 m、-0.45 m、-0.35 m 的平面及自由液面；X 系列平面，即沿X 方向建立x 值為2 m 的平面。觀察各截面信息，了解水面以下的流動(dòng)情況，捕捉詳細(xì)的流動(dòng)細(xì)節(jié)。相應(yīng)的分辨率下捕捉到三個(gè)表面流動(dòng)分離點(diǎn)，這三處分離點(diǎn)基本處于同一高度，如圖9（b）所示。1、2處的分離點(diǎn)生成漩渦A，3 處的分離點(diǎn)生成漩渦B，如圖9（c）所示。漩渦A 向閘門(mén)底部發(fā)展，z 為-0.45 m 的水平面上的流動(dòng)情況能夠捕捉到該漩渦的細(xì)節(jié)，直到z 為-0.55 m 時(shí)消散，匯入尾流的大螺旋流動(dòng)中；漩渦B 向水面方向擴(kuò)散和運(yùn)動(dòng)，z為-0.35 m的平面和自由面上的流動(dòng)細(xì)節(jié)，均能清晰地觀察到其流動(dòng)軌跡。

圖9 30°漂角下的流動(dòng)情況Fig.9 Flow field at 30°drift angle

45°漂角下整個(gè)流域的流動(dòng)情況如圖10 所示，閘門(mén)背流面的漩渦范圍廣且流動(dòng)復(fù)雜，尾流場(chǎng)同樣可以看到大范圍的螺旋流動(dòng)。為了更精確描述水下的螺旋流動(dòng)，選取一些平面切割流場(chǎng)，分別截取z系列平面，即z為-0.7 m、-0.6 m、-0.55 m、-0.5 m、-0.45 m和-0.35 m的平面捕捉漩渦結(jié)構(gòu)；x系列平面，即x=2 m 的平面觀察尾渦的流動(dòng)情況；XY 系列平面，即垂直于閘門(mén)并距離閘門(mén)中心-0.4 m、-0.2 m、0 m、0.2m、1m 的平面觀察漩渦流動(dòng)情況；同時(shí)為了更好地觀察漩渦B 的結(jié)構(gòu)，在相應(yīng)的位置進(jìn)行截面，即XYZ 平面，觀察其漩渦形態(tài)，如圖10（a）所示。相應(yīng)分辨率下觀察到的閘門(mén)表面流動(dòng)分離點(diǎn)1、2、3、4，如圖10（b）所示。分離點(diǎn)在閘門(mén)背流面生成漩渦A、B、C，如圖10（c）所示。分離點(diǎn)1、2、3 處生成并發(fā)展成為漩渦A，向下游發(fā)展成為尾跡漩渦的一部分。分離點(diǎn)4 處得到流線加入漩渦B 后，發(fā)展運(yùn)動(dòng)至漩渦C，且自由表面的流動(dòng)生成漩渦C，向水深方向發(fā)展形成水下漩渦B。漩渦A 是沿水流方向發(fā)展，漩渦B是帶一定傾角沿水深方向發(fā)展，漩渦C是直接沿水深方向發(fā)展。

圖10 45°漂角下的流動(dòng)情況Fig.10 Flow field at 45°drift angle

60°漂角下整個(gè)流域的流動(dòng)情況如圖11所示，背流面流動(dòng)紊亂復(fù)雜，多股水流最終匯聚成一股，帶有很大的螺旋性向下游流動(dòng)，尾流依舊可以觀察到大范圍的螺旋流動(dòng)。建立平面觀察流場(chǎng)流動(dòng)情況，如圖11（a），XY 系列平面平行于閘門(mén)方向，距離閘門(mén)中心0 m、0.16 m、0.8 m 建立平面；Z 系列平面即沿z 方向-0.7 m、-0.45 m、-0.35 m 的平面及自由液面；X 系列平面即沿x 方向2.5 m 平面。在相應(yīng)的分辨率下捕捉到閘門(mén)表面流動(dòng)的四個(gè)分離點(diǎn)，如圖10（b）所示。閘門(mén)表面底部1 和2 處位置區(qū)域脫離的流線成為漩渦A 的組成部分，該漩渦在A（a）位置處發(fā)展壯大，在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中有部分流線按曲線軌跡運(yùn)動(dòng)到A（b）位置處再次形成漩渦并向下游運(yùn)動(dòng)；3 和4 處位置區(qū)域脫離的流線生成漩渦B，該漩渦在靠近自由液面時(shí)才逐漸成型，越靠近水面范圍越大，如圖10（c）所示。

圖11 60°漂角下的流動(dòng)情況Fig.11 Flow field at 60°drift angle

90°漂角下水下閘門(mén)周?chē)牧鲃?dòng)情況如圖12所示，背流面漩渦范圍廣，與30°、45°、60°漂角時(shí)的尾流流動(dòng)狀態(tài)不同，未觀察到螺旋流動(dòng)。建立X系列、Y系列、Z系列平面觀察流場(chǎng)流動(dòng)情況，如圖12（a）所示，X系列平面平行于閘門(mén)橫剖面方向，即x坐標(biāo)為0 m、0.2 m、0.45 m、0.6 m的平面；Y系列平面平行于閘門(mén)縱剖面方向，即y 坐標(biāo)為2.5 m 的平面；Z 系列平面沿水深方向，即z 坐標(biāo)為0.7 m、-0.65 m、-0.6 m、-0.55 m 平面。在相應(yīng)的分辨率下未捕捉到閘門(mén)表面的分離點(diǎn)。a和b分別是漩渦A 在流動(dòng)過(guò)程中的不同位置的漩渦中心，如圖12（b）所示，漩渦A在a處形成和發(fā)展，范圍很廣，并逐漸向b處移動(dòng)和加強(qiáng)。

圖12 90°漂角下的流動(dòng)情況Fig.12 Flow field at 90°drift angle

基于數(shù)值模擬結(jié)果分析閘門(mén)在處于不同漂角下水面和水下的復(fù)雜流場(chǎng)信息,觀測(cè)到背流面的漩渦生成和發(fā)展情況，隨漂角的變化各不相同，往往是由閘門(mén)背流面表面流動(dòng)分離點(diǎn)上分離的流線生成或者閘門(mén)水下迎流面的流線流過(guò)閘門(mén)底部在背流面形成，漩渦擾動(dòng)范圍隨漂角的增大而增大。

5 結(jié) 論

本文針對(duì)閘門(mén)處于不同漂角下的拖航性能進(jìn)行了研究。在不同速度和不同漂角的各種組合工況下，采用不同的網(wǎng)格方案和不同的湍流模型進(jìn)行數(shù)值模擬，并與試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行對(duì)比分析，得出以下結(jié)論：

（1）對(duì)于浮體帶有漂角的拖航問(wèn)題，采用CFD 數(shù)值計(jì)算模擬，結(jié)合合適的網(wǎng)格劃分方式、恰當(dāng)?shù)耐牧鞣忾]模型以及參數(shù)設(shè)置，可以達(dá)到較高的精度，算例中數(shù)值計(jì)算最優(yōu)解與模型試驗(yàn)值的誤差小于10%，滿足一般工程問(wèn)題對(duì)計(jì)算結(jié)果精度的要求。

（2）數(shù)值模擬時(shí)的網(wǎng)格劃分方案需要兼顧計(jì)算時(shí)間和計(jì)算精度，本文在漂角為30°、45°、60°時(shí)采用網(wǎng)格數(shù)為70萬(wàn)左右的劃分方案，漂角為90°時(shí)采用網(wǎng)格數(shù)為50萬(wàn)左右的劃分方案。

（3）采用不同湍流模型模擬時(shí)，漂角為45°時(shí)的預(yù)報(bào)誤差均最大；漂角小于45°時(shí)，流動(dòng)發(fā)展還未充分，采用SST k-ω 湍流模型模擬吻合度較好；漂角大于45°時(shí)，湍流發(fā)展比較充分，SST k-ω 湍流模型和RNG k-ε湍流模型吻合度都比較理想，RNG k-ε湍流模型精度略高。與RNG k-ε湍流模型相比，對(duì)于不同漂角下的流場(chǎng)模擬，SST k-ω湍流模型穩(wěn)定性更好。

（4）自由液面和水下的流動(dòng)情況與漂角的大小密切相關(guān)，當(dāng)漂角不大于45°時(shí)，自由液面上只觀察到一個(gè)漩渦，漂角越大，漩渦越外擴(kuò)，范圍越大；當(dāng)漂角大于45°時(shí)，自由液面能觀察到兩個(gè)漩渦，且漩渦范圍也隨漂角的增大而擴(kuò)大，直至漂角為90°時(shí)，兩個(gè)漩渦發(fā)展成為沿水流方向?qū)ΨQ的兩個(gè)完全一樣的漩渦。通過(guò)對(duì)水下復(fù)雜流場(chǎng)的分析,發(fā)現(xiàn)背流面漩渦生成和發(fā)展情況隨漂角的變化各不相同，往往是由閘門(mén)背流面表面流動(dòng)分離點(diǎn)上分離的流線生成或者閘門(mén)水下迎流面的流線流過(guò)閘門(mén)底部在背流面形成，漩渦擾動(dòng)范圍隨漂角的增大而增大。