本文主要利用STAR-CCM+演示標(biāo)準(zhǔn)潛艇模型Suboff的大渦模擬過程。

幾何模型

下圖展示了在SpaceClaim中打開的Suboff全附體幾何模型。

在SpaceClaim中創(chuàng)建潛艇的外部流域，具體步驟如下：

• 在SpaceClaim的頂部菜單欄中點(diǎn)擊 準(zhǔn)備，點(diǎn)擊其中的 外殼按鈕；
• 設(shè)置外殼的尺寸。設(shè)潛艇身長(zhǎng)為 L，一般情況下，流域入口取距艇首 0.5~2 L，出口取距艇尾 2~5 L。本文入口取2500 mm，約為 0.6 L；出口取8500 mm，約為 2 L。

將上述創(chuàng)建好的潛艇外流域?qū)С鰹?strong style="font-weight: bold;">x_t格式的幾何文件，備用。

網(wǎng)格劃分

STAR-CCM+提供了簡(jiǎn)單、快捷的網(wǎng)格劃分解決方案。這里利用STAR-CCM+的切割體網(wǎng)格功能為Suboff潛艇模型劃分體網(wǎng)格。具體步驟如下：

• 啟動(dòng)STAR-CCM+軟件，并新建一個(gè)模擬文件；
• 導(dǎo)入準(zhǔn)備好的幾何模型。點(diǎn)擊菜單欄 文件→Import→Import Surface Mesh，然后在彈出的 Import Surface Options窗口中設(shè)置如下圖所示；

• 幾何模型導(dǎo)入完成后，你會(huì)在模型樹的 Geometry→Parts→FLUID→Surface節(jié)點(diǎn)下發(fā)現(xiàn)一堆數(shù)字編號(hào)的面，這些面是在幾何導(dǎo)入STAR-CCM+中的時(shí)候，軟件自動(dòng)分割好的。這里我們把他們合并成幾個(gè)簡(jiǎn)單的邊界，以方面后續(xù)邊界條件的設(shè)置，簡(jiǎn)化后的邊界類型及命名如下圖所示；

• 創(chuàng)建加密框。創(chuàng)建三個(gè)圓柱形加密區(qū)： cylinder1、cylinder2、cylinder3，分別對(duì)應(yīng) 艇身、艇尾及潛艇尾流區(qū)域；另外創(chuàng)建一個(gè)矩形加密區(qū) block，對(duì)應(yīng) 艦橋區(qū)域；

• 選擇網(wǎng)格模型。在模型樹右擊 Geometry→Operations節(jié)點(diǎn)，在彈出的菜單中選擇 New→Mesh→Automated Mesh，然后在彈出的 Create Automated Mesh Operation窗口中設(shè)置如下表所示；

• 設(shè)置全局網(wǎng)格尺寸。在 Automated Mesh→Default Controls節(jié)點(diǎn)下設(shè)置全局網(wǎng)格參數(shù)，具體如下表所示，其他參數(shù)保持默認(rèn)；

• 定義區(qū)域加密。右擊 Automated Mesh→Custom Control節(jié)點(diǎn)，在彈出的菜單中選擇 New→Volumetric Control，然后 Custom Control節(jié)點(diǎn)會(huì)出現(xiàn)一個(gè)新的節(jié)點(diǎn) Volumetric Control。重復(fù)以上操作創(chuàng)建另外三個(gè)加密區(qū)。創(chuàng)建完成后，將4個(gè) Volumetric Control與上面創(chuàng)建的4個(gè)加密框關(guān)聯(lián)起來，并設(shè)置相應(yīng)的網(wǎng)格尺寸；
• 創(chuàng)建計(jì)算域 Region。從零部件邊界轉(zhuǎn)變?yōu)镃FD計(jì)算邊界需要這一步。右擊 Geometry→Parts→FLUID，在彈出的菜單中選擇 Assign Parts to Regions，然后在彈出的窗口中設(shè)置如下圖所示；

• 運(yùn)行網(wǎng)格劃分。首先在 Regions→Region→Boundaries節(jié)點(diǎn)中將計(jì)算域邊界設(shè)置為正確的類型，然后右擊 Geometry→Operations→Automated Mesh，在彈出的菜單中點(diǎn)擊 Execute，執(zhí)行網(wǎng)格劃分命令。

計(jì)算策略

為了加速大渦模擬計(jì)算收斂，這里分兩步進(jìn)行：

• 首先利用SST k-w進(jìn)行穩(wěn)態(tài)計(jì)算，開啟的物理模型如下圖所示：

• 當(dāng)穩(wěn)態(tài)計(jì)算收斂后，開啟大渦模擬，利用 Smagorinsky亞格子模型開張瞬態(tài)計(jì)算，瞬態(tài)計(jì)算物理模型如下圖所示。時(shí)間離散采用二階格式，時(shí)間步長(zhǎng)設(shè)置為0.05 s，內(nèi)迭代步數(shù)為10，最大計(jì)算物理時(shí)間為10 s。

計(jì)算結(jié)果

本文模擬的工況點(diǎn)是航速10節(jié)，通過大渦模擬得到的潛艇阻力約為277 N，對(duì)應(yīng)的實(shí)驗(yàn)結(jié)果為283.3 N，相對(duì)誤差為2.2%，精度還是相當(dāng)不錯(cuò)的。

下圖為潛艇航行過程的速度云圖。

本文到此結(jié)束，有興趣的同學(xué)可以下載對(duì)應(yīng)的模型，練練手！

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文章來源：CFD日記