空泡的案例
用9億網(wǎng)格模擬近壁面空泡潰滅過(guò)程：空泡，空泡潰滅！（轉(zhuǎn)載）
空化產(chǎn)生的球形空泡，在高壓環(huán)境中，被壓縮成非球形。在此過(guò)程中產(chǎn)生了非常高的沖擊速度，誘導(dǎo)沖擊波產(chǎn)生。這種過(guò)高的速度對(duì)壁面會(huì)引起腐蝕作用。
單個(gè)氣泡雖小，累積起來(lái)的威力是非常巨大的，會(huì)對(duì)結(jié)構(gòu)產(chǎn)生明顯的剝蝕破壞，被稱(chēng)為“空蝕”或“氣蝕”。現(xiàn)實(shí)生活中能夠體現(xiàn)空泡巨大威力的一個(gè)例子來(lái)自于水利領(lǐng)域。下圖是胡佛水壩的泄洪通道，泄洪時(shí)的高速水流會(huì)產(chǎn)生巨大的負(fù)壓區(qū)和大量的空泡，空泡潰滅在洞壁處挖了一個(gè)巨大的洞（紅色箭頭所指的是洞口，洞旁紅圈所圍住的白色部分是一個(gè)工作人員）。
圖6 胡佛水壩溢洪道由于空蝕形成的大洞 (圖片來(lái)源：參考文獻(xiàn)[3])
另一個(gè)例子是水翼、螺旋槳、水輪機(jī)葉片。由于高速運(yùn)轉(zhuǎn)，在物體表面的低壓區(qū)也會(huì)產(chǎn)生大量的空泡。空泡潰滅會(huì)產(chǎn)生局部高能沖擊載荷進(jìn)而誘導(dǎo)表面的空蝕破壞（如下圖），而壓力脈沖的累積效應(yīng)也能夠誘發(fā)強(qiáng)烈的振動(dòng)、噪聲等問(wèn)題。螺旋槳空泡噪聲是潛艇隱蔽性中的重要問(wèn)題。因此，在高速水動(dòng)力學(xué)領(lǐng)域，空泡潰滅可以說(shuō)是工程應(yīng)用中的頭號(hào)敵人。
圖7 水輪機(jī)葉片典型的空蝕結(jié)構(gòu)破壞圖 (圖片來(lái)源：參考文獻(xiàn)[4])
圖8 用9億網(wǎng)格模擬近壁面空泡潰滅過(guò)程 （圖片來(lái)源：參考文獻(xiàn)[5]）
破壞大王空泡也可以為人類(lèi)所用
雖然空泡潰滅具有強(qiáng)大的破壞力，但只要加以正確的引導(dǎo)，其潰滅產(chǎn)生的能量也可以為人類(lèi)所用。
超聲清洗是空泡潰滅最常見(jiàn)的應(yīng)用方式。我們洗眼鏡用到的超聲清洗機(jī)、刷牙時(shí)用的聲波震動(dòng)式電動(dòng)牙刷，都是用超聲波的方式在水中產(chǎn)生大量小空泡，利用空泡潰滅的壓力來(lái)剝落污垢的。目前，空泡潰滅的原理在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域已廣泛用于碎石（下圖）、吸脂、殺菌、造影、藥物輸運(yùn)、溶栓治療等等，甚至是美容領(lǐng)域（下圖）等等。
展開(kāi) 壞泡泡——螺旋槳梢渦空泡的數(shù)值模擬
空泡現(xiàn)象
空泡流動(dòng)是水動(dòng)力學(xué)領(lǐng)域的經(jīng)典和難點(diǎn)問(wèn)題。
當(dāng)液體介質(zhì)中的局部壓力低于環(huán)境溫度下的飽和蒸汽壓時(shí)，液體介質(zhì)中就會(huì)出現(xiàn)空泡。
這種空泡的
形成、發(fā)展和潰滅
過(guò)程以及由此產(chǎn)生的一系列物理變化稱(chēng)為空泡現(xiàn)象。
空泡是一把雙刃劍。
在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域，激波空泡被用于粉碎患者體內(nèi)的結(jié)石，有效降低碎石過(guò)程中對(duì)患者造成的痛苦。
空泡又可用于清潔，空泡射流所產(chǎn)生的沖擊力可打碎有機(jī)物的分子鏈，有效清除油類(lèi)等污染物。目前，空化射流清洗已經(jīng)成為高效、節(jié)能的新型清洗技術(shù)。
▲ 應(yīng)用于船舶海生物清除的空化射流水下清洗技術(shù)
然而，在大多數(shù)情況下，空泡依然是一種危害性較大的物理現(xiàn)象，它會(huì)降低機(jī)械的使用效率，產(chǎn)生噪聲，造成材料剝蝕影響其使用壽命等。
▲ 空泡造成的槳葉表面剝蝕
螺旋槳空泡分類(lèi)
從空泡發(fā)展的物理過(guò)程看來(lái)，螺旋槳槳葉上經(jīng)常出現(xiàn)的空泡大體有如下四種類(lèi)型：
渦空泡。
這類(lèi)空泡多出現(xiàn)在葉梢和轂部。槳葉隨邊曳出的自由渦片的不穩(wěn)定性，在其尾端不遠(yuǎn)處就卷成兩股大旋渦，在各葉的葉梢形成梢渦，而根部處的渦匯集一起形成轂渦。渦核中壓力最低，當(dāng)降至某一臨界壓力時(shí)即發(fā)生空泡。
一般而言，梢渦空泡的發(fā)生先于其他形式的空泡，空泡水筒中的壓力降低到一定值時(shí)，就可清晰地看到從葉梢曳出的螺旋形梢渦空泡和轂渦空泡。這種空泡對(duì)螺旋槳的水動(dòng)力性能沒(méi)有影響，對(duì)材料的剝蝕也沒(méi)有什么威脅，但梢渦空泡往往使螺旋槳的噪聲明顯加大。
▲ 渦空泡
泡狀空泡。
展開(kāi) 神奇的泡泡---空泡
日本H2火箭由于非穩(wěn)態(tài)空泡引起了軸流泵誘導(dǎo)輪的振動(dòng)破壞，最終導(dǎo)致了發(fā)射失敗，類(lèi)似的空泡誘導(dǎo)振動(dòng)問(wèn)題在美國(guó)的火箭設(shè)計(jì)中也屢次被報(bào)道。螺旋槳空泡噪聲也是潛艇隱蔽性中的重要問(wèn)題。因此，在高速水動(dòng)力學(xué)領(lǐng)域，空泡潰滅可以說(shuō)是工程應(yīng)用中的頭號(hào)敵人。如下圖均為典型的空蝕結(jié)構(gòu)破壞圖。
典型的空蝕結(jié)構(gòu)破壞圖：
（a）水槍機(jī)葉片空蝕(Brennen, 2011)
（b）水泵誘導(dǎo)輪空蝕(Brennen, 2011)
（c）螺旋槳舵面空蝕 (By Straka W)
不過(guò)，空泡潰滅產(chǎn)生的高壓，也可以為人類(lèi)所用。超聲清洗是最常見(jiàn)的應(yīng)用方式，我們洗眼鏡用到的超聲清洗機(jī)、刷牙時(shí)用的聲波震動(dòng)式電動(dòng)牙刷，都是用超聲波的方式在水中產(chǎn)生大量小空泡，利用空泡潰滅的壓力來(lái)剝落污垢的。醫(yī)學(xué)領(lǐng)域目前已可以廣泛用于碎石（下圖）、吸脂、殺菌、造影、藥物輸運(yùn)、溶栓治療等等。如下為超聲碎石效果實(shí)驗(yàn)對(duì)比圖。
超聲碎石效果實(shí)驗(yàn) (左側(cè)為術(shù)前、右側(cè)為術(shù)后，超聲空化引起的空泡潰滅在人工石表面產(chǎn)生了許多的剝落凹坑)
除了工程領(lǐng)域，自然界中也有許多的現(xiàn)象與空泡相關(guān)，影響著許多水生動(dòng)物的行為。很容易想到的，許多大型的哺乳動(dòng)物或魚(yú)類(lèi)，游動(dòng)速度能夠超過(guò)15m/s，尾鰭處可能會(huì)產(chǎn)生空泡，也會(huì)出現(xiàn)類(lèi)似空蝕的效果。有報(bào)道稱(chēng)，海豚游動(dòng)的速度限制主要來(lái)自于空化，因?yàn)?em>空泡潰滅會(huì)讓它們覺(jué)得很痛。而金槍魚(yú)因?yàn)槲馋捠枪琴|(zhì)的，沒(méi)有神經(jīng)和疼痛感，據(jù)稱(chēng)瞬時(shí)最高時(shí)速能夠達(dá)到160km/h。也有學(xué)者觀察到金槍魚(yú)尾鰭上由于空蝕形成的小坑。（“dolphins swim so fast it hurts”, New scientists, 2008）
相比魚(yú)類(lèi)的痛苦不堪，許多聰明的蝦類(lèi)反而把空泡作為他們絕妙的武器。
展開(kāi) 空化與空泡——從燒開(kāi)水到超空泡
例如某個(gè)局部的Cp為負(fù)0.5，在一個(gè)大氣壓的環(huán)境中，水中速度達(dá)到14米每秒，局部壓強(qiáng)會(huì)降低到0.023大氣壓，水發(fā)生空化產(chǎn)生局部空泡。可見(jiàn)為什么水中的螺旋槳、水翼這么容易發(fā)生空化，讓空泡打的自己遍體鱗傷了。當(dāng)然跑得再快也不會(huì)讓海洋為你沸騰，只能讓Cp為負(fù)數(shù)的那個(gè)局部產(chǎn)生很多空泡。
消除空泡設(shè)計(jì)
消除空泡的最根本的辦法就是提高壓強(qiáng)。如果你沒(méi)有能力設(shè)計(jì)出壓力系數(shù)較高的外形，只有降低速度在水中慢慢跑了。
增強(qiáng)空泡設(shè)計(jì)
水的摩擦阻力很大（所以游泳的速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)慢于短跑），增強(qiáng)空泡設(shè)計(jì)特意讓空泡完全覆蓋物體表面形成超空泡，物體相當(dāng)于在氣體中航行，可以大幅降低阻力。設(shè)計(jì)的原則與消除空泡設(shè)計(jì)的原則相反，讓外形產(chǎn)生大面積低壓區(qū)，在水下高速快跑。（這兩個(gè)要求一般都難以達(dá)到，通過(guò)向物體表面大量充氣，產(chǎn)生人工空泡也可以形成超空泡——包裹全身的大泡泡）
人工充氣的超空泡
總結(jié)
改變水中物體的空化有兩條道路：
1、改變溫度，你不能加熱或冷卻大海，但是可以將物體本身燒熱或冷卻，改變物體表面的水的空化。
2、改變壓強(qiáng)，你不能給大海加壓或者抽真空，可以通過(guò)設(shè)計(jì)外形和變化運(yùn)動(dòng)速度來(lái)改變物體局部的壓強(qiáng)。
專(zhuān)業(yè)書(shū)上說(shuō)水變水汽分為三種方式：1、汽化，2、空化，3、沸騰。我講的不專(zhuān)業(yè)，為了你好消化，只好將魚(yú)翅冒充粉絲了。還有其他的錯(cuò)誤，請(qǐng)你繼續(xù)尋找。
知識(shí)沒(méi)有串成故事，很容易被遺忘，打個(gè)洞串起來(lái)，雖然破壞了知識(shí)的完美卻保證不會(huì)丟。
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不求完整只求獨(dú)特
展開(kāi) 
改良楔形葉片旋轉(zhuǎn)空化器水動(dòng)力學(xué)特性數(shù)值模擬分析
圖 5 所示為不同轉(zhuǎn)速下 2 種葉型旋轉(zhuǎn)空化器所形成空泡形態(tài)的俯視圖。從圖中可以看出，空泡尺寸是隨轉(zhuǎn)速的升高而增大的。當(dāng) ω = 3 500 r/min時(shí)，2 種葉型產(chǎn)生的空泡尺寸均較小；對(duì)于原始葉型，空泡只在葉片的中間位置產(chǎn)生，在葉根和葉尖處沒(méi)有空泡形成，如圖 5（a）所示；對(duì)于改良葉型，除在葉片中部產(chǎn)生了空泡外，葉根處也有空泡形成，不過(guò)葉尖處仍無(wú)空泡產(chǎn)生，此外，在副進(jìn)口邊處也形成了細(xì)條狀空泡，如圖 5（b）所示。當(dāng)ω = 6 000 r/min 時(shí)，2 種葉型形成的空泡均完全覆蓋了葉片出口邊，空泡尾部逐漸飽滿(mǎn)，空泡長(zhǎng)度與葉片進(jìn)出口邊之間的距離相當(dāng)，并且改良葉型副進(jìn)口邊處進(jìn)一步發(fā)展的空泡與出口邊處形成的空泡開(kāi)始連接起來(lái)，如圖 5（c）和圖 5（d）所示。當(dāng)轉(zhuǎn)速高于 8 000 r/min 時(shí)，葉片出口邊形成的空泡尺寸進(jìn)一步增大，空泡長(zhǎng)度顯著大于葉片特征長(zhǎng)度，其中改良葉型副進(jìn)口邊處的空泡也得到進(jìn)一步發(fā)展，逐漸覆蓋了副進(jìn)口邊與出口邊之間葉片表面的大部分。當(dāng)轉(zhuǎn)速高于 10 000 r/min 時(shí)，原始葉型與改良葉型產(chǎn)生的空泡尾部形態(tài)沿半徑的變化不再相似，前者為曲線型，后者為直線型，如圖 5（g）和圖 5（h）所示。
圖 6 給出了不同轉(zhuǎn)速下 2 種葉型旋轉(zhuǎn)空化器所形成空泡形態(tài)的對(duì)比。由圖中可以看出，當(dāng)轉(zhuǎn)速較低（ω < 4 000 r/min）時(shí)，空泡無(wú)法覆蓋葉片的出口邊，葉尖處無(wú)空泡形成，葉根處因回射流的產(chǎn)生引起了大面積的空泡脫落 ，如 圖 6 （a ） 和圖 6 （b ）所示。隨著轉(zhuǎn)速的提高 （ω = 4 000～5 000 r/min），2 種葉型在出口邊形成的空泡逐漸飽滿(mǎn)，且產(chǎn)生的空泡形態(tài)幾乎一致，其中原始葉型產(chǎn)生的空泡只存在于葉片出口邊，而改良葉型的 2 個(gè)副進(jìn)口邊處也有空泡形成。
展開(kāi) BWR全尺度棒束基準(zhǔn)試驗(yàn)簡(jiǎn)介
模擬的全尺寸BWR燃料棒束安裝在容器內(nèi)，在階段1的空泡份額試驗(yàn)中，采用的是常規(guī)的燃料組件，含2個(gè)非加熱棒。
圖3 測(cè)試段結(jié)構(gòu)
2.3 空泡份額分布的測(cè)量
如下圖所示，采用了兩種測(cè)試系統(tǒng)對(duì)空泡份額進(jìn)行測(cè)量：X射線CT掃描和X射線密度儀。
圖4 空泡份額測(cè)量方法
在穩(wěn)態(tài)試驗(yàn)中，精細(xì)網(wǎng)格的相含率測(cè)量采用X射線CT掃描儀。設(shè)備安裝在加熱段以上50mm處，包括一個(gè)X射線源和512個(gè)探測(cè)器。為保證測(cè)量結(jié)果的穩(wěn)定性，測(cè)量結(jié)果在時(shí)間上進(jìn)行了平均處理。該測(cè)量系統(tǒng)的空間分辨率可達(dá)到0.3mm×0.3mm。測(cè)量過(guò)程中X射線源360°旋轉(zhuǎn)對(duì)測(cè)量截面進(jìn)行掃描，從而得到截面上的相含率分布。瞬態(tài)試驗(yàn)中也采用了X射線掃描儀進(jìn)行測(cè)量，只不過(guò)掃描儀的位置固定。如下表所示為掃描儀的參數(shù)。X射線密度儀用于測(cè)量截面上的平局空泡份額，測(cè)量過(guò)程中X射線源不進(jìn)行旋轉(zhuǎn)掃描，測(cè)量不同位置后對(duì)結(jié)果進(jìn)行平均處理。
探測(cè)器監(jiān)控到的X射線密度通過(guò)重構(gòu)算法，可以計(jì)算出截面上的相含率分布。為保證測(cè)量精度，在測(cè)量前需要進(jìn)行標(biāo)定。
表1 X射線掃描儀參數(shù)
表2 X射線密度儀參數(shù)
空泡份額測(cè)量的精度評(píng)估如表3所示。
表3 空泡份額測(cè)量精度評(píng)估
2.4 臨界功率測(cè)量
在階段2的臨界功率試驗(yàn)中，采用了階段1的空泡份額測(cè)量系統(tǒng)，測(cè)試段為8×8的Burn Up燃料棒束。
試驗(yàn)包括壓降的測(cè)量和臨界功率的測(cè)量?jī)刹糠帧航档臏y(cè)量分別在單相和兩相的條件下進(jìn)行，涵蓋了BWR常見(jiàn)的操作工況。臨界功率通過(guò)增加棒束功率過(guò)程中對(duì)加熱棒的熱電偶信號(hào)進(jìn)行監(jiān)控實(shí)現(xiàn)，當(dāng)燃料棒表面的溫度峰值高于穩(wěn)態(tài)下溫度水平14℃時(shí)，認(rèn)為達(dá)到了臨界功率。
模擬了兩種典型的BWR瞬態(tài)工況，即功率瞬態(tài)（汽機(jī)脫扣）和流動(dòng)瞬態(tài)（循環(huán)泵跳泵）。
3.
展開(kāi) 射流抑制水翼/螺旋槳梢渦空化研究
▲ 不同射流速度下的梢渦空泡形態(tài)：(a) Vj = 0 m/s, (b) Vj = 3 m/s, (c) Vj = 6 m/s, (d) Vj = 9 m/s, and (e) Vj = 12 m/s
▲ 不同射流速度下水翼梢渦空泡體積及其空泡抑制率
結(jié)果顯示，一定程度地增加射流速度可有效增加主動(dòng)射流的梢渦空泡抑制效果，但如果過(guò)大地增加射流速度反而可能適得其反。
▲ 不同射流角度下的梢渦空泡形態(tài)：(a) 無(wú)射流, (b) αj = 0°, (c) αj = 15°, (d) αj = 30°, (e) αj = 45°, (f) αj = 60°, (g) αj = 75°, and (h) αj = 90°
▲ 不同射流角度下水翼梢渦空泡體積及其空泡抑制率
結(jié)果顯示，隨著射流角度的增加，主動(dòng)射流對(duì)梢渦空泡的抑制效果逐漸增加，在側(cè)向射流工況下，沿水翼法向射流對(duì)梢渦空泡的抑制效果最好。
帥 評(píng)
劉亢同學(xué)作為一名碩士研究生，能夠以第一作者在PoF發(fā)表論文是非常難能可貴的，其中也是經(jīng)歷了一些波折，幸運(yùn)的是，我們都沒(méi)有放棄。作為他學(xué)習(xí)、科研、寫(xiě)作、投稿、修改全過(guò)程的見(jiàn)證者，我也有一些個(gè)人感悟，希望后面有機(jī)會(huì)分享給各位朋友們。See you next time~
文章來(lái)源：shipCFD
展開(kāi) F-packing 參數(shù)
No f-packing 就是完全關(guān)閉模式，默認(rèn)是針對(duì)那種流動(dòng)不受受突體擾動(dòng)的情況（一般也不會(huì)產(chǎn)生空泡，實(shí)際是突體擾動(dòng)有助于水流強(qiáng)迫摻氣，產(chǎn)生空泡）。如果針對(duì)受突體擾動(dòng)的水流不關(guān)閉空泡有可能造成一種非正常的現(xiàn)象。
close up interior voids，從選項(xiàng)就可以看出是將內(nèi)部空泡關(guān)閉，這就確保了 f-packing 模式一直開(kāi)啟（這種模式針對(duì)那種水流表面受擾動(dòng)情況下的單相流）。
By default, Default f-packing is selected: this is the optimal setting for all types of ?ow. Selecting No f-packing completely turns off the model and is the default for ?ows without sharp interfaces. For one ?uid, sharp interface ?ows, however, this can cause unphysical voids to open up within the ?ow. The option Close up interior voids is selected, it ensures that the F-packing model is always turned on.
F-packing 的比率與系數(shù)成比例。默認(rèn)值為 1。當(dāng)設(shè)置為 0 則沒(méi)有 packing 發(fā)生。
偶然情況下，由于 f-packing 的開(kāi)啟造成的壓力改變會(huì)大大影響主流。這種情況一般出現(xiàn)在那些在某特定位置的流速和壓力（例如隨來(lái)流變化的水躍躍首），其值會(huì)偏離實(shí)際。
展開(kāi) 爆炸仿真又一利器ANSYS AUTODYN介紹 附AUTODYN工程動(dòng)力分析及應(yīng)用實(shí)例下載
藥包在水中爆炸后首先產(chǎn)生沖擊波，沖擊波的壓力波峰以指數(shù)的形式衰減；同時(shí)，炸藥變成高壓的氣體爆炸生成物，氣泡在周?chē)橘|(zhì)的作用下，膨脹和壓縮，產(chǎn)生滯后流和一次或多次脈動(dòng)壓力；沖擊波到達(dá)自由面后，在一定的水域內(nèi)產(chǎn)生很多空泡層，當(dāng)上層的表面水層在大氣壓力和重力的作用下下落時(shí)，由于比其下層的空泡層的加速度大，便與空泡層相碰，并繼續(xù)下落，當(dāng)表層水與下部的未空化的水發(fā)生碰撞時(shí)，便產(chǎn)生了水錘效應(yīng)。
試驗(yàn)表明：氣泡水下爆炸沖擊波、氣泡脈動(dòng)壓力和射流、以及空泡水錘效應(yīng)是水下非接觸爆炸艦船破壞的三種主要載荷。
ANSYS AUTODYN軟件是ANSYS收購(gòu)的一個(gè)顯式有限元分析程序，用來(lái)解決固體、流體、氣體及相互作用的高度非線性動(dòng)力學(xué)問(wèn)題，它提供很多高級(jí)功能，具有濃厚的軍工背景，尤其在水下爆炸、空間防護(hù)、戰(zhàn)斗部設(shè)計(jì)等領(lǐng)域有其不可替代性。該軟件在國(guó)際軍工行業(yè)占據(jù)80％以上的市場(chǎng)。本文僅僅討論ANSYS AUTODYN軟件在艦船抗爆性能方面的特色功能。
高精度的求解器
ANSYS AUTODYN早期的一階Euler方法是基于Hancock(1976)發(fā)展的，1995年，ANSYS AUTODYN引入了高階Euler求解技術(shù)：多物質(zhì)Euler-Godunov（Van Leer 1977）和單物質(zhì)Euler-FCT（Zalesak 1979）求解器，極大地豐富了ANSYS AUTODYN的流體求解功能。
展開(kāi) 爆炸仿真又一利器ANSYS AUTODYN介紹 附AUTODYN詳細(xì)實(shí)例教程文檔下載
藥包在水中爆炸后首先產(chǎn)生沖擊波，沖擊波的壓力波峰以指數(shù)的形式衰減；同時(shí)，炸藥變成高壓的氣體爆炸生成物，氣泡在周?chē)橘|(zhì)的作用下，膨脹和壓縮，產(chǎn)生滯后流和一次或多次脈動(dòng)壓力；沖擊波到達(dá)自由面后，在一定的水域內(nèi)產(chǎn)生很多空泡層，當(dāng)上層的表面水層在大氣壓力和重力的作用下下落時(shí)，由于比其下層的空泡層的加速度大，便與空泡層相碰，并繼續(xù)下落，當(dāng)表層水與下部的未空化的水發(fā)生碰撞時(shí)，便產(chǎn)生了水錘效應(yīng)。
試驗(yàn)表明：氣泡水下爆炸沖擊波、氣泡脈動(dòng)壓力和射流、以及空泡水錘效應(yīng)是水下非接觸爆炸艦船破壞的三種主要載荷。
ANSYS AUTODYN軟件是ANSYS收購(gòu)的一個(gè)顯式有限元分析程序，用來(lái)解決固體、流體、氣體及相互作用的高度非線性動(dòng)力學(xué)問(wèn)題，它提供很多高級(jí)功能，具有濃厚的軍工背景，尤其在水下爆炸、空間防護(hù)、戰(zhàn)斗部設(shè)計(jì)等領(lǐng)域有其不可替代性。該軟件在國(guó)際軍工行業(yè)占據(jù)80％以上的市場(chǎng)。本文僅僅討論ANSYS AUTODYN軟件在艦船抗爆性能方面的特色功能。
高精度的求解器
ANSYS AUTODYN早期的一階Euler方法是基于Hancock(1976)發(fā)展的，1995年，ANSYS AUTODYN引入了高階Euler求解技術(shù)：多物質(zhì)Euler-Godunov（Van Leer 1977）和單物質(zhì)Euler-FCT（Zalesak 1979）求解器，極大地豐富了ANSYS AUTODYN的流體求解功能。
展開(kāi) 流體工程師的法寶 — 壓力系數(shù)Cp
例如，在水里航行最怕出現(xiàn)空泡，而空泡產(chǎn)生就是局部壓力太低。要防止出現(xiàn)空泡，可以用壓力系數(shù)推算出來(lái)，例如最低Cp是-0.8，那么在10米水深航行速度不能超過(guò)22[m/s]，否則就會(huì)出現(xiàn)空泡。你可以算一算，在這個(gè)速度具體壓力是多少？
反過(guò)來(lái)，也可以用航行要求推算出Cp應(yīng)當(dāng)是多大。還是這個(gè)例子，要求在10米水深，在22[m/s]速度以下航行不會(huì)出現(xiàn)空泡，推算出壓力系數(shù)Cp不得小于-0.8。
如果反推出來(lái)的壓力系數(shù)Cp你設(shè)計(jì)不出來(lái)，你可以要求更改航行器的使用場(chǎng)景。
總結(jié)：
壓力系數(shù)Cp是減去環(huán)境壓力、除去密度、除去速度影響的無(wú)量綱參數(shù)。
壓力系數(shù)Cp由形狀決定，具體的壓力大小由使用場(chǎng)景決定。
用壓力系數(shù)推算航行器適合什么場(chǎng)景使用，反過(guò)來(lái)推算，多大壓力系數(shù)才適合某使用場(chǎng)景。
注意：當(dāng)飛行發(fā)生本質(zhì)變化，例如亞聲速變?yōu)槌曀伲瑢恿髯優(yōu)橥牧鳎粋€(gè)航行器的壓力系數(shù)Cp會(huì)變化，需要測(cè)量新的壓力系數(shù)Cp。
展開(kāi) 
第二十九屆全國(guó)水動(dòng)力學(xué)研討會(huì)在江蘇成功舉辦
在本次會(huì)議安排的6個(gè)大會(huì)報(bào)告中，有3個(gè)大會(huì)報(bào)告均涉及空化與空泡流。江蘇大學(xué)袁壽其研究員的研究團(tuán)隊(duì)在本次會(huì)議上做了“水力機(jī)械空化特性及控制策略研究 ”，系統(tǒng)地介紹該團(tuán)隊(duì)在水泵等水力機(jī)械內(nèi)部空化流動(dòng)機(jī)理和實(shí)驗(yàn)與數(shù)值模擬方法的研究成果。本屆”周培源水動(dòng)力學(xué)獎(jiǎng)一等獎(jiǎng)“者、四川大學(xué)許惟臨教授為本次會(huì)議帶來(lái)了”高壩水力學(xué)細(xì)觀成因分析方法研究進(jìn)展“，介紹了高壩工程中空化空蝕、水流摻氣等高速流動(dòng)的機(jī)理研究進(jìn)展。上海交通大學(xué)劉樺教授做了題為“繞軸對(duì)稱(chēng)體的非對(duì)稱(chēng)空泡流與入水問(wèn)題研究”的大會(huì)報(bào)告，較為系統(tǒng)地介紹在上海交通大學(xué)水動(dòng)力學(xué)團(tuán)隊(duì)在何友聲院士帶領(lǐng)下在水下航行體空泡流與出入研究方面的研究工作。在本次研討會(huì)的大會(huì)報(bào)告中首次安排了“Omega 渦識(shí)別方法應(yīng)用示范”報(bào)告，由華北電力大學(xué)（北京）張宇寧作推介示范，為與會(huì)者提供一個(gè)實(shí)用有效的渦識(shí)別方法并為提升JHD的影響因子做出貢獻(xiàn)。在各分會(huì)場(chǎng)的邀請(qǐng)報(bào)告中，有三個(gè)邀請(qǐng)報(bào)告涉及復(fù)雜邊界約束下氣泡的動(dòng)力學(xué)行為、空化流動(dòng)的大渦模擬及不確定分析等；在分組報(bào)告中，有10個(gè)報(bào)告涉及泡動(dòng)力學(xué)、空化流動(dòng)的實(shí)驗(yàn)與數(shù)值模擬、間隙空化流動(dòng)等。近十年來(lái)，我國(guó)學(xué)者在空化機(jī)理、空泡流的實(shí)驗(yàn)與數(shù)值模擬，以及在解決重大工程的水動(dòng)力學(xué)關(guān)鍵技術(shù)等方面做出了重要的貢獻(xiàn)，涌現(xiàn)了多篇ESI高被引論文，得到國(guó)際空泡水動(dòng)力學(xué)界的高度關(guān)注。空化與空泡流研究無(wú)疑是本次會(huì)議的一大亮點(diǎn)。
水波及其與海洋結(jié)構(gòu)物的相互作用是水動(dòng)力學(xué)的一個(gè)傳統(tǒng)研究方向。本次會(huì)議中，供有3個(gè)分會(huì)場(chǎng)主題報(bào)告、有23個(gè)分會(huì)場(chǎng)報(bào)告，涉及重力毛細(xì)波的環(huán)形聚焦、隨即波在珊瑚礁地形上傳播的SPH模擬、多浮體的群遮蔽效應(yīng)（cloaking）、孤立波與多孤立波的相互作用、海嘯波模擬等。
帶自由表面復(fù)雜流動(dòng)的數(shù)值模擬與實(shí)驗(yàn)技術(shù)研究成為本次會(huì)議另一個(gè)亮點(diǎn)。
展開(kāi) ANSYS AUTODYN在水下爆炸模擬中的應(yīng)用
藥包在水中爆炸后首先產(chǎn)生沖擊波，沖擊波的壓力波峰以指數(shù)的形式衰減；同時(shí)，炸藥變成高壓的氣體爆炸生成物，氣泡在周?chē)橘|(zhì)的作用下，膨脹和壓縮，產(chǎn)生滯后流和一次或多次脈動(dòng)壓力；沖擊波到達(dá)自由面后，在一定的水域內(nèi)產(chǎn)生很多空泡層，當(dāng)上層的表面水層在大氣壓力和重力的作用下下落時(shí)，由于比其下層的空泡層的加速度大，便與空泡層相碰，并繼續(xù)下落，當(dāng)表層水與下部的未空化的水發(fā)生碰撞時(shí)，便產(chǎn)生了水錘效應(yīng)。試驗(yàn)表明：氣泡水下爆炸沖擊波、氣泡脈動(dòng)壓力和射流、以及空泡水錘效應(yīng)是水下非接觸爆炸艦船破壞的三種主要載荷。
ANSYS AUTODYN軟件是今年1月份ANSYS收購(gòu)的一個(gè)顯式有限元分析程序，用來(lái)解決固體、流體、氣體及相互作用的高度非線性動(dòng)力學(xué)問(wèn)題，它提供很多高級(jí)功能，具有濃厚的軍工背景，尤其在水下爆炸、空間防護(hù)、戰(zhàn)斗部設(shè)計(jì)等領(lǐng)域有其不可替代性。該軟件在國(guó)際軍工行業(yè)占據(jù)80％以上的市場(chǎng)。本文僅僅討論ANSYS AUTODYN軟件在艦船抗爆性能方面的特色功能。
ANSYS AUTODYN水下爆炸仿真技術(shù)特色
高精度的求解器
ANSYS AUTODYN早期的一階Euler方法是基于Hancock(1976)發(fā)展的，1995年，ANSYS AUTODYN引入了高階Euler求解技術(shù)：多物質(zhì)Euler-Godunov（Van Leer 1977）和單物質(zhì)Euler-FCT（Zalesak 1979）求解器，極大地豐富了ANSYS AUTODYN的流體求解功能。
展開(kāi) STAR-CCM+ & Abaqus 聯(lián)合仿真：圓柱體高速入水雙向流固耦合 ￥700
算例成功復(fù)現(xiàn)了圓柱體入水過(guò)程中的空泡演化、入水沖擊載荷突變以及結(jié)構(gòu)體的動(dòng)態(tài)應(yīng)變響應(yīng)，解決了FSI計(jì)算中常見(jiàn)的“網(wǎng)格負(fù)體積”與“耦合面數(shù)據(jù)傳遞發(fā)散”問(wèn)題。
2. 核心技術(shù)亮點(diǎn)
? 雙向耦合機(jī)制 (2-Way FSI)：實(shí)現(xiàn)流體壓力場(chǎng)與固體位移場(chǎng)的實(shí)時(shí)雙向數(shù)據(jù)交換，非單向弱耦合。
? 動(dòng)態(tài)網(wǎng)格技術(shù)：采用 重疊網(wǎng)格技術(shù)處理圓柱體的高速大位移運(yùn)動(dòng)，有效避免動(dòng)網(wǎng)格重構(gòu)導(dǎo)致的質(zhì)量下降。
? 精準(zhǔn)空泡捕捉：VOF 多相流模型配合空化模型，清晰捕捉空泡壁面分離、擴(kuò)張及表面閉合現(xiàn)象。
? 收斂性?xún)?yōu)化：針對(duì)高速?zèng)_擊工況，優(yōu)化了耦合時(shí)間步與內(nèi)迭代策略，確保計(jì)算穩(wěn)定。
3. 資源包清單（所見(jiàn)即所得）
CFD 模型 (.sim)：STAR-CCM+ 原文件，包含完整的網(wǎng)格劃分、VOF設(shè)置、重疊網(wǎng)格及協(xié)同仿真接口設(shè)置。
FEA 模型 (.inp)：Abaqus 輸入文件，包含材料屬性、網(wǎng)格、分析步及 Co-simulation定義。
技術(shù)說(shuō)明文檔 (PDF) 。
4. 適合人群
正在被流固耦合“負(fù)體積報(bào)錯(cuò)、不收斂”折磨的碩士和博士研究生。
需要做入水、出水航行體結(jié)構(gòu)響應(yīng)的研究人員。
附注： 本算例模型已調(diào)通。可以direct message。下單前仔細(xì)閱讀。提供3-5次答疑。
展開(kāi) 神秘“球形閃電”被制造出來(lái)了！為可控核聚變鋪平道
浙江大學(xué)的研究者提出，球狀閃電的明亮閃光是由于微波被局限于等離子體空泡中產(chǎn)生的。
“在擊向地面的閃電末端，會(huì)產(chǎn)生相對(duì)論性質(zhì)的電子束，激起強(qiáng)烈的微波輻射，”研究者在發(fā)表于《科學(xué)報(bào)告》（Scientific
Reports）期刊上的論文中寫(xiě)道，“后者會(huì)使局部空氣電離，而輻射壓力將生成的等離子體排空，形成一個(gè)穩(wěn)定捕捉輻射的球形等離子體空泡。”
被捕獲在空泡內(nèi)部的微波會(huì)在一段時(shí)間內(nèi)繼續(xù)產(chǎn)生等離子體，并維持在球形閃電期間出現(xiàn)的明亮閃光。隨著空泡內(nèi)的輻射開(kāi)始消散，這個(gè)火球會(huì)逐漸消失，而當(dāng)微波泄漏時(shí)，球形閃電可能會(huì)劇烈爆炸。
