计算流体动力学（CFD）是海洋工程和海洋工程流体动力学的一个关键方面。它是了解海洋环境中流体行为、预测海洋结构上的力以及优化船舶和海上平台设计的重要工具。本主题群探讨了专门针对海洋环境的独特挑战而定制的 CFD 的基础知识、应用和进步。
计算流体动力学 (CFD) 简介
CFD 是流体力学的一个分支，它使用数值分析和算法来解决和分析涉及流体流动的问题。在海洋应用中，CFD 在模拟船舶、海上平台、水下航行器和海洋可再生能源设备的水动力性能方面发挥着至关重要的作用。
海洋应用 CFD 的关键概念
纳维-斯托克斯方程：纳维-斯托克斯方程构成了流体流动建模 CFD 的基础。这些方程描述了流体运动的行为，对于模拟海洋环境中遇到的复杂流动模式至关重要。
湍流建模：湍流在海洋环境中很常见，准确的湍流建模对于预测海洋结构的阻力、升力和性能至关重要。海洋应用 CFD 中使用了各种湍流模型，例如雷诺平均纳维-斯托克斯 (RANS) 方程和大涡模拟 (LES)。
多相流：海洋环境通常涉及不同相流体之间的相互作用，例如空气和水或油和水。多相流 CFD 模型用于理解波浪破碎、空气夹带和溢油扩散等现象。
海洋环境 CFD 仿真方法
有限体积法 (FVM)： FVM 是一种广泛使用的数值技术，用于求解流体流动控制方程。它将流体域离散化为控制体积，并应用守恒定律来计算每个位置的流动特性。
边界元法 (BEM)： BEM 对于解决海洋流体动力学中的潜在流动问题特别有用。它通过边界代表流体域，通常用于船舶阻力和波浪相互作用研究。
基于粒子的方法：基于粒子的方法，例如平滑粒子流体动力学 (SPH)，用于模拟海洋工程应用中的自由表面流、波-结构相互作用和流体-结构相互作用。
CFD 在海洋工程中的实际应用
船舶流体动力学： CFD 广泛应用于船体、螺旋桨和附件的设计和优化，以最大限度地减少阻力、提高机动性并提高燃油效率。
海上结构： CFD 在评估海上平台、立管和系泊系统对波浪、水流和风等环境载荷的响应方面发挥着至关重要的作用，确保其结构完整性和安全性。
水下航行器： CFD 能够分析水下航行器的水动力性能、螺旋桨设计和控制策略，包括自主水下航行器 (AUV) 和遥控航行器 (ROV)。
海洋可再生能源： CFD 通过模拟流体-结构相互作用并优化设备在不同环境条件下的性能，支持潮汐涡轮机和浮动风力涡轮机等海洋可再生能源技术的开发。
海洋工程与流体动力学的交叉
海洋工程流体动力学涵盖海洋环境中流体行为的研究，包括海洋车辆、结构和海上能源系统的设计和分析。CFD 是流体动力学领域的强大工具，可以对复杂的海洋现象进行详细模拟，并有助于海洋工程技术的进步。
与海洋工程的关系
海洋工程涉及船舶、海上平台和海洋系统的设计、建造和维护。CFD 集成到海洋工程流程中，以解决与流体相关的挑战、优化性能并确保海洋结构和车辆的安全性和效率。
通过深入研究海洋应用 CFD 的世界，人们可以更深入地了解海洋环境中流体与结构之间的动态相互作用，从而为海洋工程流体动力学和海洋工程创新解决方案的不断进步做出贡献。