本文主要利用STAR-CCM+演示标准潜艇模型Suboff的大涡模拟过程。

几何模型

下图展示了在SpaceClaim中打开的Suboff全附体几何模型。

在SpaceClaim中创建潜艇的外部流域，具体步骤如下：

• 在SpaceClaim的顶部菜单栏中点击 准备，点击其中的 外壳按钮；
• 设置外壳的尺寸。设潜艇身长为 L，一般情况下，流域入口取距艇首 0.5~2 L，出口取距艇尾 2~5 L。本文入口取2500 mm，约为 0.6 L；出口取8500 mm，约为 2 L。

将上述创建好的潜艇外流域导出为x_t格式的几何文件，备用。

网格划分

STAR-CCM+提供了简单、快捷的网格划分解决方案。这里利用STAR-CCM+的切割体网格功能为Suboff潜艇模型划分体网格。具体步骤如下：

• 启动STAR-CCM+软件，并新建一个模拟文件；
• 导入准备好的几何模型。点击菜单栏 文件→Import→Import Surface Mesh，然后在弹出的 Import Surface Options窗口中设置如下图所示；

• 几何模型导入完成后，你会在模型树的 Geometry→Parts→FLUID→Surface节点下发现一堆数字编号的面，这些面是在几何导入STAR-CCM+中的时候，软件自动分割好的。这里我们把他们合并成几个简单的边界，以方面后续边界条件的设置，简化后的边界类型及命名如下图所示；

• 创建加密框。创建三个圆柱形加密区： cylinder1、cylinder2、cylinder3，分别对应 艇身、艇尾及潜艇尾流区域；另外创建一个矩形加密区 block，对应 舰桥区域；

• 选择网格模型。在模型树右击 Geometry→Operations节点，在弹出的菜单中选择 New→Mesh→Automated Mesh，然后在弹出的 Create Automated Mesh Operation窗口中设置如下表所示；

• 设置全局网格尺寸。在 Automated Mesh→Default Controls节点下设置全局网格参数，具体如下表所示，其他参数保持默认；

• 定义区域加密。右击 Automated Mesh→Custom Control节点，在弹出的菜单中选择 New→Volumetric Control，然后 Custom Control节点会出现一个新的节点 Volumetric Control。重复以上操作创建另外三个加密区。创建完成后，将4个 Volumetric Control与上面创建的4个加密框关联起来，并设置相应的网格尺寸；
• 创建计算域 Region。从零部件边界转变为CFD计算边界需要这一步。右击 Geometry→Parts→FLUID，在弹出的菜单中选择 Assign Parts to Regions，然后在弹出的窗口中设置如下图所示；

• 运行网格划分。首先在 Regions→Region→Boundaries节点中将计算域边界设置为正确的类型，然后右击 Geometry→Operations→Automated Mesh，在弹出的菜单中点击 Execute，执行网格划分命令。

计算策略

为了加速大涡模拟计算收敛，这里分两步进行：

• 首先利用SST k-w进行稳态计算，开启的物理模型如下图所示：

• 当稳态计算收敛后，开启大涡模拟，利用 Smagorinsky亚格子模型开张瞬态计算，瞬态计算物理模型如下图所示。时间离散采用二阶格式，时间步长设置为0.05 s，内迭代步数为10，最大计算物理时间为10 s。

计算结果

本文模拟的工况点是航速10节，通过大涡模拟得到的潜艇阻力约为277 N，对应的实验结果为283.3 N，相对误差为2.2%，精度还是相当不错的。

下图为潜艇航行过程的速度云图。

本文到此结束，有兴趣的同学可以下载对应的模型，练练手！

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提取码：iswh

文章来源：CFD日记