Chapter 3 計算模型與驗證
3.2 裸船阻力試驗模擬驗證
3.2.1 流場範圍與邊界條件
有自由液面之裸船阻力試驗模擬之流場範圍如圖 3-3，船艏前方流場取 1 倍 船長，船艉後方流場取 2 倍船長。為避免船身產生之散波碰到流場側邊產生反 射，影響數值結果，故計算流場之寬度取 2 倍船長。自由液面上方空氣部分取 0.5 倍船長，自由液面以下則取 1 倍船長。
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圖 3-3、有自由液面裸船阻力試驗模擬流場範圍
無自由液面之裸船阻力試驗模擬之流場範圍如圖 3-4，船艏前方流場取 1 倍 船長，船艉後方流場取 2 倍船長。採用1/ 4 圓柱體為外圍流場形狀，與有自由液 面之裸船阻力試驗流場範圍形狀不同，原因為模擬中已不考慮自由液面，且此形 狀可減少網格數目。由於不考慮自由液面，不會有散波之影響，因此圓柱體底面 半徑取 1 倍船長。長方體及1/ 4 圓柱型流場經驗證後結果一致，故採用1/ 4 圓柱 型流場接續計算。
圖 3-4、無自由液面裸船阻力試驗模擬流場範圍
有自由液面之裸船阻力試驗模擬邊界條件設定如圖 3-5、圖 3-6、圖 3-7，無
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out specified 2 n
P
P
V ，其中P
specified在自由液面上方設37
足夠遠，流場不受船體影響，因此速度皆應回復至與入流之速度相同，
只有
X
方向之分量。(5) 無滑移壁面邊界(圖 3-7、圖 3-10 黑色圈內船殼部分)：應用在固體邊界，
考慮流體的黏性流動與固體不可穿透性，設定在此邊界上之流體速度為
fluid wall
V V
，V
wall為固體邊界速度，在本研究中V
wall 0
，因此V
fluid 0
。 其中圓柱型流場由於流場側邊為曲面而非平面，為確保計算正確性與符合實際物 理現象，選擇使用速度入流邊界而非滑移壁面邊界。以上述之流場範圍與邊界條件設定於設計船速每秒 2.196 公尺(相當於實船 24 節)與設計吃水 0.3418 公尺下進行模擬，計算達收斂後，取出計算流場流線變 化圖如圖 3-11、圖 3-12，由圖可知有自由液面狀況流場底面取 1 倍船長與船側 寬取 2 倍船長，無自由液面狀況流場圓柱底面取 1 倍船長所呈現之速度分佈與前 方給定之均勻速度入流皆非常接近，可說明此二面與船體之距離是足夠的。
圖 3-5、有自由液面裸船阻力試驗模擬邊界條件示意圖—Velocity Inlet、Pressure Outlet、Symmetry Plane
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圖 3-6、有自由液面裸船阻力試驗模擬邊界條件示意圖—Slip Wall
圖 3-7、有自由液面裸船阻力試驗模擬邊界條件示意圖—Slip Wall、No-Slip Wall
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圖 3-8、無自由液面阻力裸船阻力試驗模擬邊界條件示意圖—Velocity Inlet、
Pressure Outlet、Symmetry Plane
圖 3-9、無自由液面裸船阻力試驗模擬邊界條件示意圖—Velocity Inlet、Slip Wall
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圖 3-10、無自由液面裸船阻力試驗模擬邊界條件示意圖—No-Slip Wall
圖 3-11、有自由液面裸船阻力試驗模擬流場範圍驗證
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圖 3-12、無自由液面裸船阻力試驗模擬流場範圍驗證