混合网格在滑行艇阻力数值模拟中的应用

为探讨适用于滑行艇全航速段数值模拟的网格划分方法,本文采用CFD技术研究了混合网格在滑行艇阻力数值模拟中的适用性,采用了不同数量的混合网格对滑行艇粘性绕流场进行了数值模拟,对阻力进行了计算,并且对比了不同网格数量对计算结果的影响,分析了其中的原因,得到了适用于滑行艇阻力数值计算的混合网格。在此基础上采用所得到的网格划分方式对滑行艇全航速段进行了数值模拟,并与实验结果进行了比较,两者吻合较好。     

三维圆柱体绕流数值模拟流场选择及网格划分

文章通过数值模拟结果确定适合的三维圆柱体绕流流场的尺寸,采用不同的计算流体力学(CFD)软件对有限元模型进行网格划分,对比网格划分质量的优劣,选择适合数值模拟的软件CFX。确定采用的网格形式为六面体网格(Hex8)以及流场不同部分网格的尺寸。圆柱绕流展向各截面平均压力系数沿周向无明显变化,脉动压力系数变化显著,绕流后的旋涡发放形式具有明显的三维特性的数值模拟结果验证了本文的流场选择和网格化分尺度的合理性。     

基于CFD的两栖车辆阻力和浮态数值模拟

运用fluent软件,基于计算流体力学(CFD)理论知识,对两栖车辆水上行驶阻力和行驶浮态进行了数值模拟。重点介绍了混合网格的划分方法,对模拟结果和实验结果进行了对比分析。模拟结果和实验结果基本吻合,从而论证了用数值模拟方法对两栖车辆的水上性能模拟研究的可行性。     

一种基于分子动力学的网格划分方法

为生成船体典型结构四边形网格,提出一种基于分子动力学的网格划分方法。将正负带电粒子均匀地分布到网格生成域内,带电粒子在库伦相互作用以及Lennard-Jones势[1]的作用下在网格生成域内按动力学方程运动,并趋向于形成四边形形状分布。当带电粒子运动趋于稳定后,对其使用Delaunay三角剖分[2–3]划分网格生成域,合并相邻三角形后得到一系列偶数边形网格。对非四边形的偶数边形网格进行修补后,可以得到全四边形网格。实验结果表明,该方法能够生成质量较好的船体典型结构四边形网格划分。     

基于CFD的一种无压载水船阻力数值模拟

为解决船舶压载水问题,在无压载水船设计理念贯通流系统的基础上,利用连通管路对其进行改造,提出一种船舶无压载水化新思路。同时,以系列60船型改造后的新船型作为研究对象,基于CFD方法,选用混合网格和RNG 湍流模型对其进行阻力数值模拟,利用黏性流对叠模求解。为验证网格划分和数值方法的合理性,首先,对系列60船型进行数值模拟,计算结果与传统实验数据基本吻合。然后,对新船型进行阻力数值模拟,并将其与系列60船型的阻力数据进行比较分析。结果表明,新船型降低了船舶阻力,优化了水动力性能。     

舰船EMC可视化的前置处理研究

建立三维物体的电磁模型是电磁计算及其可视化的重要前提,文中采用有限元法对舰船的几何模型进行网格剖分,生成的电磁模型能比较好的满足电磁计算的要求。在进行网格剖分前,对几何模型进行规则、整合、简化,排除畸形单元,再借用现有的有限元软件ANSYS对模型进行有限元网格划分,生成满足电磁计算要求的三角形或者四边形网格。     

基于CFD方法对摆线推进器水动力性能的数值预报

通过运用CATIA建模软件、ICEM CFD网格划分软件及FLUENT求解器分别对摆线推进器进行几何模型的建立、网格划分及数值计算,进而选用合适的湍流求解方法及滑移网格方法得到与试验值相近的数值模拟结果,从而验证该方法的可靠性。     

船舶腐蚀断裂力学的一种数值计算方法

基于船体表面微裂缝在应力和海水腐蚀耦合作用下的扩展机理,根据Charles-Hillig模型用数值方法模拟了裂缝的动态扩展过程,并用front-tracking图形技术开发了有限元网格剖分软件,从根本上解决了以往该模型无法进行数值模拟的难题.文中侧重于对腐蚀断裂问题进行一般性的基础研究,探索裂缝扩展时的形态以及速度与外荷载之间的关系,数值计算表明,计算结果和实验得出的曲线在形态上比较吻合.     

三维网格重划分技术及其在焊接数值模拟中的应用

在结构焊接数值模拟中,运用热弹塑性有限元方法进行分析的主要问题是计算时间长、内存需求大.由于热影响区具有高度的非线性特征,温度、应力应变梯度较大,单元应当划分得很细;而远离焊缝的绝大部分区域仍然处于线弹性状态,单元可划分得相对较粗.这样就可对焊接构件不断进行网格重新划分,使细密的网格随着热源一起移动,从而减少计算的规模.研究了三维六面体网格重划分技术,进行不同网格之间的变量映射,实现模型网格重划分前后分析步的衔接.对平板和圆管的焊接分别进行了网格重划分和完整网格模型条件下的数值模拟,提取了焊接温度、焊接变形和残余应力.结果表明,网格重划分技术在保证计算精度的前提下,提高约30%的计算效率.     

基于CFD的无压载水船型浅水中岸壁效应数值模拟

基于贯通流系统设计无压载水船型,在保证无压载水化的基础上,分析其操纵性相关的水动力特性,以系列60船型改造后的新船型作为研究对象,基于CFD方法,选用混合网格和SST k-ω湍流模型对船舶浅水航行的岸壁效应问题进行数值模拟,利用粘性流对叠模求解。为验证网格划分和数值方法的合理性,对系列60船型进行数值模拟,将计算结果与他人计算结果进行比较,基本吻合。对新船型进行数值模拟,计算出其在浅水中不同岸壁距离以及不同航速下的阻力、横向力和转艏力矩,与系列60船型的计算结果进行比较,分析结果表明,新船型弱化了浅水中的岸壁效应,优化了水动力性能。     

CFD动态网格技术在水下航行体非定常操纵运动预报中的应用研究

针对水下低速航行体非定常操纵运动中雷诺数及水动力系数随时间变化这一特点,文章采用基于动态网格技术的CFD数值方法对其进行运动模拟.通过对传统动态混合网格模型进行发展,提出了一种改进的动态混合网格模型,以此建立了非定常操纵运动数值预报方法.为验证所建立的数值预报方法对水下低速航行体操纵运动水动力的预报精度,并以带攻角均匀直航的滑行状态为研究对象,应用动网格技术对一典型水下低速航行体缩比模型主体及带附体的水动力进行了计算,结果与风洞模型试验结果吻合较好;文中进而将其应用于一水下滑翔机自航模非定常运动的预报,结果与试验符合较好,初步验证了动网格技术的应用能力和所建立的预报方法的有效性.文中的工作可以为水下航行体及其自航模非定常操纵运动的数值模拟提供基础.     

基于CFD的分油机室通风系统分析

基于某分油机室的生产设计模型,借助计算流体力学的方法,在假设条件下,通过FLUENT软件对该分油机室的通风系统进行数值计算和模拟分析,发现在室外极端高温的环境下,分油机室内的部分电气设备存在过热的风险。为避免局部过热的问题,改进分油机室内的风管布置,并对新的三维模型进行网格划分和数值计算,结果表明,送风口的型式及进出风口的位置对通风效果有重要影响。     

螺旋桨梢涡及梢涡空泡数值模拟

以PPTC(Potsdam Propeller Test Case)桨为研究对象,探索了螺旋桨梢涡及梢涡空泡的数值模拟方法。通过梢涡区域的划分及网格加密,对螺旋桨无空化流场进行了数值模拟,成功捕获了梢涡;然后基于均质混合流模型和Zwart-Gerber-Belamri空化模型对空化流场进行了数值模拟;并将计算结果与试验数据进行了广泛的比较和分析,以校验计算网格和计算方法。研究表明:无论片空泡还是梢涡空泡的计算结果均与试验观测吻合良好;同时,所得螺旋桨推力和扭矩系数也与试验值符合良好;有效地实现了梢涡捕捉及梢涡空泡模拟。同时指出,水中含气率对推力和扭矩系数的影响大于空泡形态。     

网格划分及其不确定度研究

对水面船舶阻力性能数值计算中网格不确定度开展了数值计算与试验研究。以三体船中体为计算模型,基于CFD软件FLUENT,分析了船体表面网格尺度大小、第一层网格节点到船体表面的距离、网格节点分布比例系数三个因素对船体阻力计算的影响。通过改变各个网格因素,对不同网格进行了数值计算,最后将计算结果与试验结果进行了对比,分析了不同的网格划分方式对计算结果的影响,从而得到了一套比较可行的船模数值计算网格划分方法,为船模数值计算网格划分提供一定的参考。     

共形FDTD网格剖分方法及其在舰船电磁环境效应仿真中的应用

对于时域有限差分(FDTD)数值仿真方法,网格生成是其重要前处理过程。大部分商业模型都使用三角形面片描述其结构,而FDTD必须使用六面体网格,因此必须使用合适的剖分算法将模型结构对齐到FDTD的计算区域。而目前基于原点探测的传统网格生成算法存在效率和精度等若干问题。基于射线追踪原理,通过检测网格射线族和三角形面片模型间的交点位置,求解模型结构和FDTD元胞之间的位置关系,从而可高效、精确生成FDTD仿真算法必须的网格信息,并通过进一步应用多方向射线追踪方法,解决特殊模型结构可能导致部分模型的剖分信息不完整的问题。最后,通过将该剖分方法应用于带有战斗机的航母飞行甲板模型,并结合高阶共形FDTD方法,成功预测其在高功率电磁脉冲下的表面电流分布问题。     

大坝混凝土二维随机骨料的数值模拟

为了在细观层次上对大坝混凝土进行数值模拟,进而从机理上认识其力学性能和宏观实验现象,利用MATLAB脚本编程自动生成大坝混凝土二维细观几何模型,然后将圆形、凸多边形两种剖面形状的随机骨料细观几何模型导入ANSYS有限元软件进行网格剖分。最后分别使用三级配和四级配大坝混凝土算例进行验证。结果表明：此方法所建的随机骨料模型能够很好的模拟天然骨料和人工骨料而且原理简单、快捷、高效,为进一步对大坝混凝土细观力学数值研究奠定基础。     

船用散热器空气流动的数值模拟

基于标准k-ε湍流模型,分别采用正交六面体结构化网格与四面体非结构化网格进行网格划分,使用有限体积法对船用空气散热器内部腔室的流动进行数值计算,模拟散热器各个出口冷却气流的流动情况。比较发现,采用正交六面体结构化网格的计算结果的精度要高于四面体非结构化网格,其仿真更加逼近真实的流动状态。采用六面体网格划分进行数值模拟,发现气流在出口处所受到的喷管效应且气流的形态成直线,各出风口的出风量通过阶梯型设计处于均匀分布状态。     

三维动态混合网格在AUV发射过程中的应用

为研究AUV从有界流场自航发射到无界流场的运动边界的扰流场,文章采用了三维动态混合网格方法进行数值模拟的策略.混合网格由三菱柱,四面体/六面体网格构成,当AUV运动时,靠近AUV的三菱柱网格随AUV运动,外层是静止的六面体网格,中部的四面体网格随AUV运动而变形或者重构.数值仿真结果给出了不同时刻AUV表面的压力分布、整个航程AUV的阻力系数变化,其值与理论结果吻合.同时研究了直径比对发射管航行的附加质量和阻力系数的影响,这为水下对接AUV提供了有效手段.     

圆管内流动的数值模拟

应用CFX软件计算等径直圆管中的层流和湍流流动,将计算得到的充分发展的管道流动的截面速度分布与理论结果进行比较,吻合程度令人满意.本文的主要目的是通过数值模拟,寻找出有效的计算网格,特别是考虑壁面附近网格疏密的影响,为下一步使用CFX软件进行管道流动数值计算打下基础.     

移动线载荷板局部非线性响应的网格重划分数值方法

在船舶建造中,常涉及板的焊接、线加热、局部滚压成型等加工方式。该加工方式中的载荷作用区域相对于板的尺度较窄且具有高度的非线性特征,同时载荷稳定移动。把握加工参数与响应的关系在加工过程中很重要。由于载荷移动导致板局部非线性响应的特性不断随之变化,故其相应的计算非常复杂。常规的数值方法是主要采用的手段,但由于该方法在载荷全局作用区域上需预先将网格细密划分,导致计算效率低下。如果考虑到在该加工方式中载荷作用区域之外的大部分区域处于弱非线性或线弹性状态,在数值模拟中将载荷当前作用区域的单元划分细密,远离载荷作用区域划分得相对较粗疏,同时载荷移动时细密网格随着载荷一起移动,即采用网格重划分数值方法来分析上述问题就能节省大量计算时间。针对该方法,重点探究细密网格尺寸以及网格重划分频度对数值计算的影响及其与计算效率和精度的关系,并以板局部滚压成型加工为例进行数值计算。结果表明,该方法可作为移动载荷作用下板局部非线性响应的一种高效的计算手段。