搜索【技術(shù)分享】PumpLinx在船舶流體力學(xué)中的應(yīng)用
2016-09-13 by:CAE仿真在線 來源:互聯(lián)網(wǎng)
背景描述
在江河湖海里面航行的船舶,除了受到浮力和重力外,航行時(shí)還會(huì)收到很多因素影響,比如前進(jìn)過程中水和空氣的阻力、水流速度、水的深度、水面波浪等,這些因素綜合起來影響到船舶航行的速度和效率。因此,在設(shè)計(jì)船的時(shí)候,要深入研究流體對(duì)船的影響。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展,計(jì)算流體力學(xué)已經(jīng)在船舶建造中有了較多的應(yīng)用,但是由于船舶流體力學(xué)涉及到多自由度運(yùn)動(dòng)與兩相流技術(shù)等難點(diǎn),仿真難度很大。
本文將介紹PumpLinx在船舶流體力學(xué)中的應(yīng)用。
仿真難點(diǎn)
在大海中航行的船舶,其運(yùn)動(dòng)形式非常復(fù)雜,船體受到空氣和海水的影響,在前進(jìn)的過程中會(huì)不斷地升沉和俯仰,對(duì)其進(jìn)行CFD分析是一項(xiàng)非常有難度的工作。典型的技術(shù)難點(diǎn)如下:
1、船舶的航行運(yùn)動(dòng)是多自由度運(yùn)動(dòng),要進(jìn)行多自由度計(jì)算;
2、船舶的航行運(yùn)動(dòng)以及波浪的流動(dòng)均涉及到動(dòng)網(wǎng)格技術(shù),需要建立高質(zhì)量的動(dòng)網(wǎng)格;
3、海浪不停的沖擊船舶,海水和空氣的自由液面變化復(fù)雜,需要高精度多相流模型;
PumpLinx驅(qū)逐艦流體力學(xué)數(shù)值分析案例
案例1:
本案例采用PumpLinx對(duì)美國海軍驅(qū)逐艦DTMB 5415在大海中運(yùn)動(dòng)時(shí)受到的阻力以及側(cè)傾和下沉量進(jìn)行了數(shù)值模擬計(jì)算。
計(jì)算了兩種自由度條件下的結(jié)果:
–固定船只位置(零自由度) 并計(jì)算所有阻力。
–讓船只縱搖和升沉(2 自由度) 并計(jì)算船只受到的所有阻力、側(cè)傾和下沉量。
5415模型是1980年代海軍水面艦艇的最初設(shè)計(jì)演化而來的。
驅(qū)逐艦DTMB 5415幾何模型
幾何尺寸如下圖所示:
驅(qū)逐艦幾何尺寸數(shù)據(jù)
計(jì)算網(wǎng)格如下圖所示:
流場(chǎng)計(jì)算網(wǎng)格
–體網(wǎng)格數(shù)量: 2.5Million。
–劃分時(shí)間: < 2 mins。
0自由度計(jì)算工況
0自由度計(jì)算工況如上圖所示。計(jì)算的阻力結(jié)果如下圖所示,把PumpLinx計(jì)算值和試驗(yàn)值進(jìn)行了對(duì)比,最大誤差低于2.02%。
0自由度阻力計(jì)算結(jié)果
Fr=0.28時(shí)的波浪云圖如下圖所示。
Fr=0.28時(shí)的波浪云圖
Fr=0.28時(shí)的自由表面如下圖所示。
Fr=0.28時(shí)的自由表面
Fr=0.28時(shí)船體的波浪型面如下圖所示。
Fr=0.28時(shí)的船體的波浪型面
不同位置處y=0.082,0.172和0.259時(shí)的波場(chǎng)如下圖所示。
不同位置處y=0.082,0.172和0.259時(shí)的波場(chǎng)
2自由度計(jì)算工況
2自由度計(jì)算工況如上圖所示。計(jì)算的阻力結(jié)果如下圖所示,把PumpLinx計(jì)算值和試驗(yàn)值進(jìn)行了對(duì)比,最大誤差低于3.8%。
2自由度阻力計(jì)算結(jié)果
計(jì)算的下沉量(Sinkage)和搖擺量(Trim)如下圖所示。
下沉量(Sinkage)和搖擺量(Trim)
案例2:
KCS是1997年的一艘?guī)в星虮囚嫉默F(xiàn)代集裝箱船,如下圖所示。
KCS現(xiàn)代集裝箱船
計(jì)算條件為:讓船只縱搖和升沉(2自由度)并計(jì)算船只受到的所有阻力、側(cè)傾和下沉量。
計(jì)算的阻力結(jié)果如下圖所示,把PumpLinx計(jì)算值和試驗(yàn)值進(jìn)行了對(duì)比,最大誤差低于5%。
KCS現(xiàn)代集裝箱船阻力計(jì)算結(jié)果
計(jì)算的下沉量(Sinkage)和搖擺量(Trim)如下圖所示。
KCS下沉量(Sinkage)和搖擺量(Trim)
Fr=0.26時(shí)的波浪云圖
Fr=0.26時(shí)的自由液面
Fr=0.26時(shí)船體的波浪型面
總結(jié)
應(yīng)用PumpLinx對(duì)船舶的航行進(jìn)行流體力學(xué)數(shù)值模擬,得到了高精度、高可靠性的計(jì)算結(jié)果,可以為船舶的研發(fā)節(jié)省大量時(shí)間。
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