Page 229 - 《水产学报》2026年第01期

1 期 水 产 学 报 50 卷

对称壁面 平衡，本研究采用网格数量为 1.39×10 ~6.58×10 6

5
symmetry
的 6 种不同加密程度的三维网格进行网格无关性
速度 水流 压力 检验。图 5 为网格无关性检验结果 (流速 0.2 m/s，
flow
入口 出 口 40-40 的等股径绳索阻力随着网格数的变化关系)。
velocity- pressure-
inlet outlet 由图可知，随着网格数量增加，阻力先逐步增大，
当网格数量增大 1.60×10 后，阻力几乎不变，网
6
z
对称壁面 y 格数量 6.58×10 的阻力与网格数量 1.60×10 的阻
6
6
symmetry x
力相对差异为 1.81 %。综合考虑目前计算机能力
图 3 绳索布设与计算域示意图
和计算精度要求，根据不同的计算工况，本研究
Fig. 3 Schematic diagram of rope deployment and
实际使用的网格数量为 2.00×10 ~2.30×10 。
6
6
computational domain

压力项离散采用二阶中心差分格式。 0.40
本研究计算采用的流体为 20 ℃ 下等温不可
压缩的水，重力加速度设置为 9.8 m/s 。迭代计算 0.35
2
−4
步数为 3 000 步，收敛残差控制在 10 以下。速
度入口与压力出口的湍流参数 k 与 ω 由以下公式 阻力/N drag 0.30
计算确定：
0.25
0.07D
l = (1)
3
4
C µ 0.20
0 1.4 2.8 4.2 5.6 7.0
1
I = 0.16Re − 8 (2) 网格数量/×10 4
grid numbers
3 2
k = (uI) (3) 图 5 网格数量无关性检验
2
Fig. 5 Mesh independence verification
1
k 2
ω = (4)
C µ l 1.4 工况设置
式中，I 为湍流强度 (%)，k 为湍动能 (m /s )，ω
2
2
由于绳索顶部和底部设置离水面较近，故水
为比耗散率 (1/s)，D 为特征长度 (绳索的公称直径，
槽试验选用小流速，以降低水面波动对试验结果
m)，C 为湍流模型常数 (本研究取 0.09)，u 为平
μ
的 影 响 。 试 验 设 置 流 速 为 0.20、 0.25、 0.30 和
均速度 (m/s)。
0.35 m/s，冲角为 90°。
本研究采用 Ploy-Hexcore 法划分网格 (图 4)，
数值模拟设置流速为 0.20、0.25、0.30、0.35、
网格类型为以六面体为核心的多面体网格，近壁
0.40、 0.60、 0.80、 1.00、 1.20 和 1.40 m/s， 冲 角
处网格保证 Y ≤1。考虑到计算精度与计算资源的
+
为 90°，雷诺数范围为 7.96×10 ~5.57×10 。
3
4

1.5 数据分析
绳索的阻力系数、侧向力系数和雷诺数的计
算公式 ：
[24]
2F x
C x = (5)
ρS U 2
2F y
C y = (6)
ρS U 2
UD
Re = (7)
图 4 绳索附近与局部网格 ϑ
x
y
x
Fig. 4 Computational grids around the rope 式中，F 为水阻力 (N)，F 为侧向力 (N)，C 为
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