邹 星，李海涛，宗 智

(大连理工大学船舶工程学院，辽宁 大连 116024)

结构物出水在许多工程领域都具有非常重要的意义，一直是流体力学工作者研究的重要内容。当物体从水中上升，穿过自由液面并进入空气时，周围介质的密度会发生一个很大的阶跃，从水的密度998.2 kg/m3突然变为1.225 kg/m3，这种突变类似于气体动力学中的强间断问题，就像穿过了一层很强的激波一样[1]，在水面附近会发生一系列复杂的物理现象。

出水问题的理论研究可追溯到 KARMAN[2]的工作，他在1929年提出了计算物体撞击载荷的理论模型，这一思想至今不失其光彩。HAVELOCK[3]用浸没于水中的运动的偶极子来计算水平放置的圆柱体在自由表面下的水平运动，给出了瞬时的受力结果。LIJU等[4]利用边界元方法(BEM)模拟了一个对称刚体在垂直穿过自由面时的液面变化，并利用实验进行了验证。

国内学者在结构物出水方面也做了很多工作。鲁传敬[5]使用势流模型得到细长体出入水问题的解析解。蔡军辉等[6]通过解N-S方程，采用MAC法进行平头圆柱体垂直出水黏性流动的数值模拟。在实验方面，张军等[7]采用 TRPIV技术对钝头回转体垂直出水进行测量，揭示了出水过程中流动结构及其演变。

VOF模型通过求解单独的动量方程和处理穿过区域的每一流体的体积分数来模拟两种或3种不能混合的流体[8]。在VOF模型中，两种流体没有互相穿插，对增加到模型里的每一附加相，就引进一个变量，即计算单元里的相的体积分数[9]。在每个控制体积内，所有相的体积分数为1。……