搜索【技術分享】PumpLinx在船舶流體力學中的應用
2016-09-13 by:CAE仿真在線 來源:互聯網
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,航行時還會收到很多因素影響,比如前進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,在設計船的時候,要深入研究流體對船的影響。隨著計算機技術的發展,計算流體力學已經在船舶建造中有了較多的應用,但是由于船舶流體力學涉及到多自由度運動與兩相流技術等難點,仿真難度很大。
本文將介紹PumpLinx在船舶流體力學中的應用。
仿真難點
在大海中航行的船舶,其運動形式非常復雜,船體受到空氣和海水的影響,在前進的過程中會不斷地升沉和俯仰,對其進行CFD分析是一項非常有難度的工作。典型的技術難點如下:
1、船舶的航行運動是多自由度運動,要進行多自由度計算;
2、船舶的航行運動以及波浪的流動均涉及到動網格技術,需要建立高質量的動網格;
3、海浪不停的沖擊船舶,海水和空氣的自由液面變化復雜,需要高精度多相流模型;
PumpLinx驅逐艦流體力學數值分析案例
案例1:
本案例采用PumpLinx對美國海軍驅逐艦DTMB 5415在大海中運動時受到的阻力以及側傾和下沉量進行了數值模擬計算。
計算了兩種自由度條件下的結果:
–固定船只位置(零自由度) 并計算所有阻力。
–讓船只縱搖和升沉(2 自由度) 并計算船只受到的所有阻力、側傾和下沉量。
5415模型是1980年代海軍水面艦艇的最初設計演化而來的。
驅逐艦DTMB 5415幾何模型
幾何尺寸如下圖所示:
驅逐艦幾何尺寸數據
計算網格如下圖所示:
流場計算網格
–體網格數量: 2.5Million。
–劃分時間: < 2 mins。
0自由度計算工況
0自由度計算工況如上圖所示。計算的阻力結果如下圖所示,把PumpLinx計算值和試驗值進行了對比,最大誤差低于2.02%。
0自由度阻力計算結果
Fr=0.28時的波浪云圖如下圖所示。
Fr=0.28時的波浪云圖
Fr=0.28時的自由表面如下圖所示。
Fr=0.28時的自由表面
Fr=0.28時船體的波浪型面如下圖所示。
Fr=0.28時的船體的波浪型面
不同位置處y=0.082,0.172和0.259時的波場如下圖所示。
不同位置處y=0.082,0.172和0.259時的波場
2自由度計算工況
2自由度計算工況如上圖所示。計算的阻力結果如下圖所示,把PumpLinx計算值和試驗值進行了對比,最大誤差低于3.8%。
2自由度阻力計算結果
計算的下沉量(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年的一艘帶有球鼻艏的現代集裝箱船,如下圖所示。
KCS現代集裝箱船
計算條件為:讓船只縱搖和升沉(2自由度)并計算船只受到的所有阻力、側傾和下沉量。
計算的阻力結果如下圖所示,把PumpLinx計算值和試驗值進行了對比,最大誤差低于5%。
KCS現代集裝箱船阻力計算結果
計算的下沉量(Sinkage)和搖擺量(Trim)如下圖所示。
KCS下沉量(Sinkage)和搖擺量(Trim)
Fr=0.26時的波浪云圖
Fr=0.26時的自由液面
Fr=0.26時船體的波浪型面
總結
應用PumpLinx對船舶的航行進行流體力學數值模擬,得到了高精度、高可靠性的計算結果,可以為船舶的研發節省大量時間。
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