搜索【技术分享】PumpLinx在船舶流体力学中的应用
2016-09-13 by:CAE仿真在线 来源:互联网
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,航行时还会收到很多因素影响,比如前进过程中水和空气的阻力、水流速度、水的深度、水面波浪等,这些因素综合起来影响到船舶航行的速度和效率。因此,在设计船的时候,要深入研究流体对船的影响。随着计算机技术的发展,计算流体力学已经在船舶建造中有了较多的应用,但是由于船舶流体力学涉及到多自由度运动与两相流技术等难点,仿真难度很大。
本文将介绍PumpLinx在船舶流体力学中的应用。
仿真难点
在大海中航行的船舶,其运动形式非常复杂,船体受到空气和海水的影响,在前进的过程中会不断地升沉和俯仰,对其进行CFD分析是一项非常有难度的工作。典型的技术难点如下:
1、船舶的航行运动是多自由度运动,要进行多自由度计算;
2、船舶的航行运动以及波浪的流动均涉及到动网格技术,需要建立高质量的动网格;
3、海浪不停的冲击船舶,海水和空气的自由液面变化复杂,需要高精度多相流模型;
PumpLinx驱逐舰流体力学数值分析案例
案例1:
本案例采用PumpLinx对美国海军驱逐舰DTMB 5415在大海中运动时受到的阻力以及侧倾和下沉量进行了数值模拟计算。
计算了两种自由度条件下的结果:
–固定船只位置(零自由度) 并计算所有阻力。
–让船只纵摇和升沉(2 自由度) 并计算船只受到的所有阻力、侧倾和下沉量。
5415模型是1980年代海军水面舰艇的最初设计演化而来的。
驱逐舰DTMB 5415几何模型
几何尺寸如下图所示:
驱逐舰几何尺寸数据
计算网格如下图所示:
流场计算网格
–体网格数量: 2.5Million。
–划分时间: < 2 mins。
0自由度计算工况
0自由度计算工况如上图所示。计算的阻力结果如下图所示,把PumpLinx计算值和试验值进行了对比,最大误差低于2.02%。
0自由度阻力计算结果
Fr=0.28时的波浪云图如下图所示。
Fr=0.28时的波浪云图
Fr=0.28时的自由表面如下图所示。
Fr=0.28时的自由表面
Fr=0.28时船体的波浪型面如下图所示。
Fr=0.28时的船体的波浪型面
不同位置处y=0.082,0.172和0.259时的波场如下图所示。
不同位置处y=0.082,0.172和0.259时的波场
2自由度计算工况
2自由度计算工况如上图所示。计算的阻力结果如下图所示,把PumpLinx计算值和试验值进行了对比,最大误差低于3.8%。
2自由度阻力计算结果
计算的下沉量(Sinkage)和摇摆量(Trim)如下图所示。
下沉量(Sinkage)和摇摆量(Trim)
案例2:
KCS是1997年的一艘带有球鼻艏的现代集装箱船,如下图所示。
KCS现代集装箱船
计算条件为:让船只纵摇和升沉(2自由度)并计算船只受到的所有阻力、侧倾和下沉量。
计算的阻力结果如下图所示,把PumpLinx计算值和试验值进行了对比,最大误差低于5%。
KCS现代集装箱船阻力计算结果
计算的下沉量(Sinkage)和摇摆量(Trim)如下图所示。
KCS下沉量(Sinkage)和摇摆量(Trim)
Fr=0.26时的波浪云图
Fr=0.26时的自由液面
Fr=0.26时船体的波浪型面
总结
应用PumpLinx对船舶的航行进行流体力学数值模拟,得到了高精度、高可靠性的计算结果,可以为船舶的研发节省大量时间。
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