CFD的可能性与船舶行业的实际应用

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前言
译者 蔡荣泉 （708所）
本文由工程流体网特约专家708研究所蔡荣泉老师撰稿。
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《造船师》07年9月的这篇文章，直接回答了设计师关注的有关CFD的问题。文字简要，但意思十分明晰。一些观点，也是我们在工作过程中的感受, 也即是一些共识。
此文从设计师关注点着眼，估计会引起设计部门的兴趣; 至于从CFD工作者的角度的文章相对较多。故值得引起注意。
应该说此文的一些认识，实际上可以进一步引伸。 比如，设计师配置了某些类型的CFD软件后，新的设计流程应具有什么样的新特点，或设计师应如何充分发挥手中的CFD软件的作用？似乎应引起思考。

CFD的可能性与船舶行业的实际应用
（说明：文中带《》的标题由译者添注）

《作者介绍 》
Volker Bertram是CFD和计算方法的权威，标准教科书《实用船舶水动力学》的作者，他是南非Stellenbosch大学机械工程系的特职教授和ENSIETA的讲师。他还组织“计算机及其在海事工业中的应用（COMPIT）”和“数值拖曳水池会议（NuTTS）”等会议。
Patrick Couser在2004年成为独立的造船咨询师之前，为BMT Seatech的Formation Design Systems和一些大学工作，使用和开发了多种设计分析软件。期间，他还持续地参与开发Formation Design Systems的Maxsurf成套软件。
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《摘要》
Volker Bertram(Stellenbosch 大学机械工程系)和Patrick Couser (Sunnypowers公司)探究了船内流场与绕船流场计算方法的显著发展。
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计算流体动力学在这里被解释为对流体流动的计算机数值模拟方法，通过解一组场方程来模拟流体流动，这些场方程描述了流体流动动力学现象。
就此而论，场方程为（按简化程度升序）：
5  纳维—斯托克斯方程。对实际问题而言，纳维—斯托克斯方程仅当适当简化，方能被求解。这种简化，导致了……
6  雷诺平均纳维—斯托克斯方程（RANSE）。这些方程可用于求解粘性流体流动。而消除此模型的粘性成分，则导致……
7  欧拉方程。该方程常被用于可压缩性是重要特性的情况，即被用于气动力学问题。对船舶流动模拟，不太有用。消除可压缩项，则得………
8  拉普拉斯和柏努利方程（有势流动）。因为粘性效应常限于小的边界层（对流线型体无任何分离现象），势流模型是非常有用的，特别对自由表面流动而言。
依据被求解的场方程，对流体区域采用不同的数值描述。这些可总结如下：
19  场方法——整个流体区域被离散化，即有限单元法（FEM）、有限差分法（FDM）、有限体积法（FVM）。
20  边界单元法（BEM）——仅需离散流体边界，也称为面元（Panel）法。
21  谱方法。
原则上，可以存在场方程与数值技巧的种种组合方法，而实际中，主要存在的是，求解粘性流动的采用FVM的RANSE求解程序和对无粘势流采用BEM的拉普拉斯/柏努利求解程序。
《阻力或功率预报精度》
在更详细讨论工具和趋势之前，有必要涉及关于CFD常被问到的问题，即CFD可用来代替拖曳水池模型试验预报船舶的功率吗？
答案是，尽管有种种进展和一些市场的需求，CFD所预报的船舶功率需求，其精度尚不能与在专业模型水池中进行的模型试验一致地相同的。CFD提供了具有多种功能的设计工具，但它们尚无法预报船舶的阻力或功率。
不过，当计算能力上升而费用下降，以及当CFD软件变得更其精致完善，且更好地集成到CAD和优化程序软件中，在船舶设计中使用CFD肯定会变得更为重要、更为广泛。
应用CFD技术的问题，范围甚广。下面介绍造船师所关注的一些关键方面。由于尺度、流体、几何形状等等的不同，不同的CFD技术比其它的会更好地适合于某个问题。当前尚不存在单一的CFD技术可适用于所有的问题。
《需要的软件工具》
因此，一般手头上需要若干种软件工具：
24  船型设计，特别是前体设计；
25  附体设计（轴系、支架等等的布置和形状细节）；
26  推进器设计（效率，避免过渡的扰动和空泡）；
27  系泊；
28  非定常船舶运动：操纵和耐波；
29  空气动力学；
30  消防模拟和暧通软件；
31  内部管道流动；
32  压载水舱注水――流体的注入与溢出；
33  砰击和晃荡（特别在LNG油舱中）。
下面类型的分析也是非常有用的，因为它们对较广范围的船型和几何体提供的结果一般具有合理的确定性。本文并不对它们详细介绍，因为它们通常并非归类于CFD：
36  计算阻力的细长体理论（仅可适用于细长船体，如双体船的半船体）；
37  预报船舶运动的切片理论；
38  采用经验系数的操纵性计算。

CFD当前趋势
现有的商用CFD软件主要是针对粘性流动的RANSE/FVM和针对无粘势流的LAPLACE/BEM。
《忽略粘性的波阻软件》
忽略粘性，使流体流动支配方程大大简化。这类方法较为理想地适合于计算波浪阻力，这些方法因求解快速而允许在快速设计中使用。求解快速主要是由于流体的边界，而非整个流体体积需模化。这通常使船体建模所需的单元数减少至少一个数量级。典型的做法是，面元布置在船体的浸没部分和自由表面上。如果船运行在有限水道内，对水道的底面和侧面，可以在这些边界面上添置面元或者面元的镜像来模拟。
1990年代中期，最先进的完全非线性波阻软件已成为标准的船型设计工具。而主要受到宇航工业的推动，用于桨设计的面元法软件甚至更早就达到成熟设计的程度。
第一代波阻软件仅使用源单元模拟排水效应，同一时期螺旋桨软件仅用涡或耦极子单元模拟升力效应。后来的发展添加了升力面到波阻软件（以便处理比如帆船的龙骨），添加源单元到桨软件中（处理较厚的叶片和桨毂）。当包含了升力面，也就需要模拟朝下游离去的后缘涡尾流。已进行了相当的努力以精确地模拟这一尾流的形状和梢部处的卷起，因为这对诱导阻力的计算精度有明显影响，并和下游物体相互干扰。
《粘性流动》
纳维—斯托克斯方程和连续方程一般认为原则上足以描述所有船舶的真实流动的物理特性，但是对船舶流动无法求解。它们必须按某种方法予以简化，以便用来模拟这些流动。最普通的简化方法是雷诺平均纳维—斯托克斯方程（RANSE），即时均纳维—斯托克斯方程，并与半经验的紊流模式相组合。
大涡模拟（LES）也是一种通用的方法。LES定位在RANSE和纳维—斯托克斯方程之间，在空间和时间中对大涡结构直接求解，并用半经验紊流模式模拟小涡结构。RANSE求解程序需要紊流模式，一些研究者把LES视作这一当前问题唯一长期的解决办法，但是对于满尺度雷诺数的船舶流动，至少几十年内可能并不实用。
对许多设计应用来说，带有适当紊流模式的RANSE求解程序以足够的精度和可信度来模拟广泛范围的船舶流动，从而被实际应用。过去十年已看到总的趋势是趋向更完善的紊流模式，而比之较早的k-ε模式，雷诺应力模式（RSM）和K－ω模式现在被广泛地优先采用。
《粘性自由表面》
大部分RANSE求解程序用流体体积（VOF）方法，或也许更一般地用多相流解，也能描述复杂的自由表面，包括破碎波和空气渗入。在分析绕整个船体的流动方面，RANSE求解程序的重要性已有所上升，因为它们可以处理船和自由表面复杂的几何形状，包括波的破碎。而这个领域直到最近习惯上毫无争议是由势流求解程序所占领的。
CFD应用范围广泛，由注射铸造到引擎内的燃烧再到全球气象系统的模拟。这一节我们将了解船舶设计过程中可以应用CFD的一些主要场合。

阻力和推进
《阻力预报CFD的应用》
CFD一般对足够不同的设计方案给出正确的排序，尽管阻力的绝对值通常未精确到足以排斥拖曳水池测试。比之单由水池试验，CFD分析的长处是它允许对更宽范围的备选船型方案进行测试。比较理想的做法是，它适合用来选择有希望的备选设计方案作进一步的水池试验。CFD也指明对设计方案进行改进的部位和方法，比如，显示出船身上的压力分布的细节。
对特定的设计方案，常有可能用试验得到的“catch all”修正因子来校正CFD程序。对船体几何形状和速度微小的变化，这一修正因子可以假定为常数。这样就允许用CFD对设计方案作进一步检验。
《无粘的波阻软件》
工业领域，计算波阻即定常自由表面流动的主力软件仍是无粘面元法。第一代的软件遵循Danson的迭模方法，并既不是在自由面上满足非线性边界条件也不是自动地调整船舶到平衡位置。1980年代未期，这些欠缺由第二代软件所克服，所谓完全非线性程序。这些程序中著名的有SHALLO（HSVA）、RAPID（MARIN）和Shipflow-XPAN(Flowtech)。这些软件在支持设计决策中被日常使用。它们已被成功用于多种船型，包括油轮、挖泥船、潜艇（在通气管航行状态下）、双体船（包括水翼双体船）、护卫舰等等。但并不适合于滑行艇船体。
过去十年来，这些软件已经成为标准设计工具，逐步地在船厂直接配置给设计师，而不是专门的CFD专家。这些软件对设计球首和前肩特别有用，以使波阻最小。
尽管船体主要部分（除了后体）上的压力分布相信是相当精确的，由最先进的软件所算得的波切面通常与试验也很吻合，但对真船算得的波阻仍与测得的剩余阻力值很不同，或即使与用形状因子方法算得的波阻也很不同。对带大方艉的船尤其存在问题。有人声称，所谓的面片（patch）法软件克服了这些缺点，提供较好的阻力预测。这些软件采用新的技巧改进精度，例子是SVA Polsdam的KELVIN软件和HSVA的v－SHALLO软件。但关于这些软件，公开发表的很少。无论如何，对方艉的处理有了一些一般的改进，使得对高速船捕捉到在船后可见的典型的公鸡尾形状。对于低到中等的速度，大方艉仍使这些无粘软件引起问题。对这种情况，推荐自由表面的RANSE模拟方法。
目的在于使功率需求最小，故而设计师感兴趣的通常是近场的流场甚至与船体接触的流场。但是近年来，波阻软件也被用在各个项目中以开发低洗流（low–wash）船。面元法软件的这一应用仍在发展中，国际国内的权威仍在制定设计准则。而至今所见的模拟尚限于定常流动状态，忽略局部的河流拓扑和临界非定常状态，诸如，快速渡船的减速靠码头。
可以开发混合方法，匹配船周围兴波的近场模拟（用完全非线性波阻软件或自由表面RANSE），并把解匹配到在海岸工程中使用的软件，该软件模拟任意浅水拓扑下波的传播。无论如何，对特定的河流或港湾拓扑，这样的模拟是相当特别的。对于更一般设计目的，用波阻软件，比较近场波型，通常在实用上是足够的。对给定的速度，如果在船附近所兴的波有所退化，那么洗流也将减小。
处理碎波仍然是面元法的主要问题，它本是针对波阻或耐波的。尝试克服这些局限的方法是，用离散流体体积而不是船与自由表面的边界。这样的方法可以模拟自由表面几何特性复杂的流动（显著破碎的波），使对问题的分析能够超出面元法的应用领域。无论如何，成熟、计算时间短、网格生成容易、软件可靠，说明了面元法将继续成为设计师的适用工具的原因。
《RANSE方法》
流动现象，诸如分离、涡生成、尾流场的不均匀性，是由粘性效应支配的，需要更完善的CFD方法。实用中，RANSE模拟通常用在这样的粘性现象显著的场合，并且对多数设计应用，仅考虑定常流动。
诸如支架、舵、鳍等附体通常处于粘性无法忽略的区域里，但是自由表面能予忽略。在这些情况里，CFD允许满尺度雷诺数下的模拟，这就给出了比模型试验明显的优点。CFD模拟可以揭示比如如何布置桨轴支架从而使阻力最小，以及在桨的活动空间范围里反向的流动图型（这引起振动）。船体开口问题中出现类似的应用，诸如艏推管、喷水入口等。模拟附体绕流的计算，占有设计期间所进行的粘流计算相当的份额。尽管此类分析工作是RANSE求解程序针对船舶最简单的应用，工业界的实际情况仍然是委托专家协助这种分析。这是因为结果的品质对网格划分和其它数值分析参数非常敏感，这些都需要用户具有相当的经验。
包含桨效应（推进试验）的RANSE计算通常用体积力模拟桨，也即桨几何形体并不为网格所捕捉，而是桨区域中每个单元伴随着一个力，其表征由桨施于水的横向和周向加速度。体积力通常由经验或试验结果给出。另一种方法，可以采用面元法预报桨的推力和环量分布。这些模拟似乎仍限于研究性应用，设计中用得并不广泛。无论如何，如果关注桨对船后体中的附体比如舵的影响，桨的体积力模型仍会频繁使用。
《粘性和兴波联立》
过去十年来，对粘性和兴波联立考虑已经有了相当的进展，若干试图捕捉兴波的方法取得了不同程度的成功。计算带自由面的流动的方法主要可以分成两组。
交界面跟踪方法。定义自由表面为轮廓鲜明的交界面，而对此界面的移动实施跟踪。它们使用移动网格来贴合自由表面，并仅计算自由表面以下的流体的流动。当自由表面开始翻卷，即自我交截，或当网格必须沿着形状复杂的壁面移动时（如真实船型的几何形体），会遇到一些问题。
交界面捕捉方法。并不在液体与气体间定义清晰的交界面，而是使用网格去复盖液体和气体流场区域两者。随后，自由表面则由单元标记（MAC）法、流体体积（VOF）法、level-set法等类似方法确定。
很清楚，趋势是使用交界面捕捉方法，所有主要的商用RANSE求解程序中都实现了这些方法。对于波破碎现象特别重要的情况，如穿破水表面的支柱、钝的前体（驳船）、舱内晃荡等，首选选用这些软件。
大部分方法都精确重生了船体上的波高分布，但是船波传播的数值耗散仍存在一些问题。对实际应用，精确预报波型是否必要，是有争议的。但是肯定，谁都更原意看到这个问题能得以克服。这也许需要相当精细的分解和高阶差分，而这需要多得多的计算时间和强得多的计算能力。对创建整体波系而言，便宜得多的波阻软件看起来足够精确，可推荐为可选的工具。
《桨、桨/体、桨/舵的绕流计算》
无粘流动方法（面元法和涡格法）作为标准工具在桨设计中已用得很久了，所提供的信息可与试验相当。现在对于几何形体“精致”的桨，RANSE方法也给出了很好的结果。对于几何形体极端的桨，由于网格的问题，面元法和RANSE方法都会变糟。再者，计算尚不能令人满意地重生某些空化现象。
关于绕桨流动的出版物，大多集中于敞水模拟。实际上，桨设计应针对满尺度船的实效伴流场，即考虑桨体和桨舵的相互干扰。完全的RANSE模拟显得过于昂贵且未必需要，得到的结果未必优于组合方法，即势流计算与RASE方法相结合的方法。
典型的办法是，这些组合方法用RANSE模拟计算桨的入流。然后由势流计算来模拟处于修改过的入流中的桨。在桨下游面与舵上游平面间，桨尾流的传播用RANSE模拟（这样就可以使用非常简单的网格）。再后，舵的绕流再次用势流模拟来求解。由于涉及不同的软件，过程显得较复杂，但对设计来说显得足够地快。且有与完全RANSE相似的精度。
近来，吊舱式电力推进和其他特种推进诸如喷水推进等吸引了注意。由于对这些非传统桨缺乏经验，设计师更倾向于求助于CFD分析，特别是寻找设计方案以避免或尽可能降低空泡。对吊舱式电力推进，CFD应用的成熟程度似乎与常规的桨舵布置问题相似。
《耐波问题》
尽管基本物理模型一般认为是粗糙的，切片方法可以计算许多耐波性能，对大部分种类的船型包括大部分货船有足够的相对精度。切片方法一般用于排水型单体船预报长期耐波统计量，疲劳载荷、附加阻力、船运动统计量、运动病发生、航线选择等等形成了预报的基本量。切片法理论在预报船舶端部局部压力方面有些基础性问题。对于浪涌运动以及低遭遇频率下的所有运动也常常缺乏精度。切片理论可用到付氏数0.4，作一些修正，这个范围可拓宽到付氏数0.6。对于付氏数0.4以上的排水型船，2D＋t方法（也叫高速切片方法）能快速求解，结果也好。基于格林函数方法（GFM）的软件，像WAMIT和DIODORE是海洋平台行业估算静止或系泊船只耐波性能的标准工具。国际海事组织在Estonia 灾难之后引入了对破损的滚装客船的新要求。这些要求（Stockholm Agreement）应用于北欧地区船舶的操作，已经成为被世界其它地区操作的船舶广泛接受的标准。这一发展激励了许多研究工作，经典的切片方法被推广成为非线性切片方法以模拟破损船和相随的内部流动（船进水）。出现了一些这样的软件，如SIMBEL（Germanischer Lloyd）、ROLLS（HSVA），但分析仍交托给专门的专家。
规则波中船的RANSE计算出现了一些前卫的应用。现在计算能力是主要的制约因素，即使采用强力的计算机集群，使模拟限制在几秒钟内。问题在于，用这样的方法去处理小的运动或小的迎面波是否会取得任何的商业价值，如同切片方法用经验很好地修正了粘性耗衰性能那样。
进行RANSE模拟有意义的场合是，涉及到甲板上浪和/或与船内晃荡相耦合的强非线性情况。在这样的模拟中，典型的做法是采用混合方法，即标准的切片方法用于确定频率、波向、载荷情况等等的临界组合，然后对一个或几个这样的临界情况进行昂贵的RANSE模拟。
滑行艇体的耐波性是我们推荐选用RANSE模拟的一个领域。瑞士的Rolla Resarch和德国的MTG给出了对真实的滑行艇体几何形体的令人信服的应用。在私人交流中报告了采用RANSE求解程序（两者都是COMET），十个方案中有九个取得好的结果。但这样的分析工作要求应用RANSE求解程序方面具有相当的经验和要求相当的硬件资源，迫使设计师把这样的服务委托给若干经过选择的专家。
《砰击晃荡问题》
砰击问题，即使是两维也是极具挑战意义的。这是因为砰击发生的情况中，必须考虑下述因素：船体局部载荷在时间与空间两方面有快速的变化、在截留的空气包与周围的水之间存在相互干扰、水弹性效应、局部区域水出现可压缩性而导致形成激波，以及由于形成喷射而使水表面形状变得复杂。传统的方法对适宜的船底横升角的锲形二维绕流非常有效。但通常船的横截面没有适宜的船底横升角，现象是三维的。广泛地认为，仅有CFD会在模拟砰击载荷方面取得实质性进展。但是，当前这样的模拟仍仅限于研究性问题。
目前尚未开发出一种方法，把所有相关的现象都合并在一起，而自适应网格技术显示出，在可接受的时间内强制实现现实的计算。设计师会继续使用船级社的推荐，用满尺度经验、模型试验和先进的模拟方法的相互混合，交替地开发。
晃荡可看作是对内部结构物的一种砰击。由于自由表面高度非线性变形，采用自由表面RANSE模拟方法进行晃荡分析。这些模拟目前已得到了有效的校验，即使对于复杂的三维几何形体，数值模拟有效地重生了局部压力。目前的发展集中于把整体的船运动与内部的晃荡分析相耦合。这样的直接的耦合要求可观的资源，但2007年已出现了原型应用。原则上说来，目前这些应用是切实可行的，但需要委托给专家。
实际上，船舶设计师对大部分问题会用切片方法。RANSE方法或非线性切片方法由专家使用于一些特定的高度非线性问题。
《操纵性能》
与油轮和渡船相关的一些高发生率事件突出了船舶操纵性能的重要性。IMO规则有关船舶操纵性的已成文档，已经提高了对这一场合CFD方法的要求。但是船舶操纵性能的CFD模拟仍限于预报性应用。就实用而言，首选力系数方法，它用各种系数近似作用在船（船身、舵、桨、推进器等）上的力。这些系数中有一些可以由CFD精确预报，但通常经验估算或基于细长体理论计算，也是足够的。
《舵与舵空化》
CFD已为舵设计者迅速地接受了。对许多应用而言，辅以经验修正的势流模型是足够的，但对大舵角（接近于出现分离）和局部空化流动，RANSE是可选的工具。设计师力图在舵角达到±5°下，避免舵空化。在保持船舶正常航程期间这是舵的通常的操作范围。大舵角下高载荷舵，空化是不可避免的。这种情况下，实际中通常是接受这一事实的。带有空化模块的现代RANSE求解程序，已报告了成功预报了满尺度下舵上空化的部位和范围。Germanicher Lloyd已发表文章，显示了舵上油漆剥蚀和用RANSE求解程序Comet预报的空化区域之间很好的相关性。
《消防安全模拟》
SOLAS规则II－2节第17章，2002年7月起生效，允许设计师采用有关消防安全性的应变性能的另一种方法。这用于系统布置和完整设计。已证明，这一要求使设计方案的安全水淮至少与按约定俗成的规则给出的设计方案相等。等价的安全水平要由工程分析证实。原则上，这意味着消防试验。但是这些使得船舶设计太费钱和费时，计算机模拟是很合适的选择。
目前，分区模型和CFD工具用于船的消防模拟。分区模型适合于检验较复杂的，依赖于时间的，涉及到多舱室和高度的场景。但是计算机模型的数值稳定性对于多高度场景，带供热系统、暖通和空调（HVAC）系统的场景，以及对于后飞弧条件，会有问题。CFD模块可以导致温度、热通量和气体汇聚的详细信息。然而，这一方法耗用了太多的时间，使CFD无法适用于长期实时和/或大计算区域问题。
对于消防模拟，CFD模拟必须额外求解描述能量比率和燃烧（化学反应）的方程。多用途的RANSE求解程序（Comet，CFX,Fluent）,并不适合这一任务，水动力学和空气动力流动的经验也不适合直接应用到消防模拟中。简言之，消防模拟应留给专家，最好是具有模拟船上场景经验的专家。

空气动力学
只有很少的CFD软件可以计算绕船上部、上层建筑和海洋平台气流，感兴趣的主题是风阻力（特别是高速船）、直升机着陆甲板上风的状态、载荷和烟囱烟雾的踪迹。
CFD与模型试验结果间的差异一般不大于满尺度与模型尺度结果间的差异。但是，由于生成计算网格和计算流动分布的时间，如果与常规的风洞模型试验相比，CFD在经济性上通常并无竞争力。就风力来说，对传统的船，经验评估通常足够有效。随着生成复杂的船上层建筑周围的网格的时间和费用的减少，我们可以看到更多的船舶空气动力学方面CFD的应用，但至今仍仅在研究工作中进行这类模拟，或者与其它特性如消防、暧通流动模拟组合在一起模拟。在大部分设计应用中，仍选风洞。

《总结》
尽管最近十年软硬件取得了很大的发展，精确预报绕带附体船的紊流流动仍是一项挑战性任务。除了适当的紊流模型，数值模拟的成功还依懒于计算中所使用的贴体网格的品质。
许多软件商提供咨询服务，并有一些专门的咨询人员可进行CFD分析。许多拖曳水池也会给出CFD分析以补充物理的模型试验。所以根据可用的预算、CFD项目发生的频繁程度，以及内部所拥有的专家的情况，作出许多种可行的选择。
最后，CFD工具所提供结果的品质通常更依懒于操作该工具的人的技巧。使用软件，特别是网格生成的经验，是分析工作费用和品质的决定性因素。凭经验可知，如果你每年进行十项以上的分析工作，并且能坚持更新软件和技术，内部做CFD分析的成本效率高。如果你不经常做CFD分析，建议你有需要时外包这种分析工作。
为能在内部进行先进的CFD应用工作，需要
41  专门的CFD人员。典型情况是需要几个月的培训，以精通程序包的使用。
42  网格生成、流动求解程序和后处理工具（以及可能的未来的软件）的软件许可证。
43  充足的计算机资源。典型情况是分布式PC集群。
如果CFD分析是在规则基础上进行的，这类投资只是一种化钱行为。卖主常常不重视初始培训的费用，而且目前对设计部门和独立的船厂来说，用RANSE求解程序的意义不大，因为其复杂，而且要得到正确结果需要一定的知识水平。通常，把这些分析工作委托给专业人员将更高效。但是，如果每年有十项或更多的项目的话，无粘、势流、波阻软件，可以推荐供内部使用。类似地，切片理论（或对高速船的高速切片理论）对耐波性分析是有意义的，因为该软件能在标准的PC上运行，并且生成输入数据也很快很简单。许多情况中，生成输入数据和解释结果需要对软件的基础理论及其假设和限制有所了解。
近十年来，商用RANSE求解程序的进展已包括，开发较好的紊流模式、内置空化模化模块和自由表面性能模块（通常以二相流动处理形式，允许模拟碎波和水滴脱落）。此外，目前的软件还能处理任意网格，允许快速生成网格。有不同的方法可实现网格的适应性 ，包括搭积网格 (Chimera网格)、非结构网格，以及任意多面体的单元形状。
目前，RANSE求解程序的适配网格技术对于工业领域三维船舶流动的应用，显得还不够成熟。但是，各种研究性应用工作显示，在下一个十年或更后，适配网格技术可能会变得可行。
也有一种趋势，即令主要的商用RANSE软件与各种其它软件作界面连接（interface）。这样，通过主要的RANSE求解程序可以与各种商用的、内部的网格生成程序和各种后处理工具作界面连接。与结构分析的有限元程序的界面连接，为高级的水弹性分析打开了大门，比如Fluent与Abaqus连接，Comet和Star-XD与Ansys连接。
商用软件有大的用户群汇聚经验的优点，这会减小错误的重复发生。这并非一般法则，却是常见的事实。再者，商用软件通常经较好的校验和文档化。大用户群支持了持续的开发，以及增强软件的特色和易用性。从商务观点说来，商用软件常常比大学或内部研究人员开发的一次性产品能更灵敏地更新。
目前，波阻软件已用于手工“优化”船外形，通过比较各个船型备选方案的流动细节，选择最好的少数几个方案，或给出有关改进船型的建议。因为正式优化需要大量地评估船型，而对每个船型评估所需CPU时间，导致总的计算时间大得惊人，正式优化看来尚未能达到。集中针对母型的局部扰动，改进过的硬件和方法，至少在使用无粘程序之下，打开了通向正式优化的门。到2000年，出现了令人信服的把波阻软件和正式的优化相组合的原型应用。诸如FRIENDSHIP－Framework程序和modeFRONTIER程序模块这样的优化框架，提供了进行这样优化的可行的环境。