阻力計算的案例
自升式海洋平臺拖航阻力計算分析
摘 要：
在海洋平臺拖航過程中，提前準確計算平臺拖航阻力，選配動力合適的主拖輪，對拖航安全有著十分重要的意義.調研了各主流船級社拖航阻力的計算公式或推薦方法，以勝利石油工程公司典型自升式海洋平臺為研究對象，進行了CFD/AQWA有限元數模計算，根據結果的對比分析，優選了適合國內海域平臺拖航阻力的計算模型，并提出了適合的拖船選用安全系數.
關鍵詞：拖航阻力;計算模型;有限元;海洋平臺;
海上自升式平臺沒有自航能力，一般采用拖輪進行拖帶作業.拖航前需計算平臺拖航阻力，選擇系柱拖力相當的拖輪；如果拖航阻力計算不準確，拖輪拖帶能力不足，遇到惡劣海況時無法制衡平臺，可能出現平臺失控的情況.關于拖航阻力計算，目前國內一般采用中國船級社(CCS)《海上拖航指南(2011)》“附錄2 海上拖航阻力估算方法”,但該計算模型僅考慮了摩擦阻力、剩余阻力和空氣阻力(風阻力),沒有考慮波浪阻力的影響.在拖航實踐過程中，當遭遇惡劣氣象時，拖輪零拖帶航速的實測拖力與計算阻力有一定差距，該差值甚至超過了拖力儲備值，加大了平臺失控的風險.為解決目前拖航阻力計算方面存在的一些問題，消除拖力不足帶來的平臺失控風險，勝利石油工程公司在充分調研和了解國內外相關研究的基礎上，對平臺拖航阻力計算開展了專題研究.
1 國內外規范算法介紹
平臺拖航距離遠、時間長、救援能力弱，需要充分考慮遭遇突發惡劣氣象的影響，因此應計算極端氣象海況條件下的拖航阻力，并匹配具備相應拖帶能力的主拖輪，確保拖航過程安全.在國內外不同海上組織的標準中，均有對計算拖航阻力環境條件的要求，具體見表1[1].其中，CCS為中國船級社，DNV為挪威船級社， IMO為國際海事組織， GL為德國船級社，ABS為美國船級社.
展開 《樁規》負摩阻力計算的思路總結
正常樁的力和位移分布圖
負摩阻力的分布和中性點圖
02
負摩阻力計算流程總結
圖片文字來自網絡，版權歸原作，如侵權聯系刪除。
基于ADINA的汽車空氣阻力系數計算
基于ADINA的汽車空氣阻力系數計算
導入汽車模型
是為了演示空氣阻力系數的計算方法。首先導入一個汽車模型，如下圖所示，此汽車模型是經過簡化的。
點擊菜單ADINA-M>Import Parasolid Model，導入car_simple.x_t。
建立流場空間
點擊菜單ADINA-M>Define Body，如下圖所示建立一個立方體。
點擊菜單ADINA-M>Boolean Operator，如下圖所示用第二個body減去第一個body，剪完之后剩下的部分就是真正的流場空間。注意，目前只有parasolid體才可以做布爾運算。
進入流體模塊，進行設置
在功能選擇模塊做如下設置，進行流場的穩態計算。
點擊菜單Model>Flow Assumptions，在打開的窗口中做如下設置，表示三維模型、不考慮熱、采用SA湍流模型。
定義材料
點擊菜單Model>Materials>Manage Materials，在打開的窗口中點擊Spalart-Allmaras Model，定義一個SA湍流模型的材料。僅輸入粘度和密度就可以，其它參數均采用默認值。
展開 某鋼廠二棒線及二高線加熱爐長路徑管道系統阻力計算 ￥15
現采用CFD技術對上述兩套系統100%負荷及50%負荷時，各支管阻力、母管及脫硫除塵系統總阻力計算。
長路徑管路建模分析時，管路幾何建模簡化原則：保留關鍵特征（彎頭、閥門、變徑管），簡化次要結構（法蘭、小支管）。長直管段可用等效粗糙度代替詳細幾何（節約計算資源）。
網格要求：近壁區網格y+≈30~300（壁面函數法）或y+≤1（低Re數模型）。彎頭、閥門處加密網格（邊界層至少3層），直管段可適當粗化。
2、 計算模型及邊界條件
2.1 模型建立
根據圖紙進行三維建模，含3路進口管道及除塵器，模型如下：
圖1（a）煤煙系統三維模型
圖1（b）煤煙系統各監測面位置
圖2（a）空煙系統三維模型
圖2（b）空煙系統各監測面位置
2.2 邊界條件
計算參數如下，進口邊界條件為速度進口，各進口速度見下表。出口邊界條件為壓力出口，壓力值為0Pa。湍流模型采用標準k-ε模型，壁面函數為標準壁面函數，固壁面設置為無滑移壁面，濾袋設定為多孔介質邊界。
展開 
理論計算和CFD計算對比及不同參考值設定對阻力系數的影響-ujs
針對同一個例子，采用理論數值計算和CFD仿真計算來對比分析了二者計算的結果，并對比分析了不同湍流模型對計算結果的影響和數值理論計算的誤差，從而為以后的CFD計算提供相應的參考模型；在確定誤差較小的湍流模型的基礎上，分別設置不同的參考值來計算阻力系數，期望能夠的阻力系數以及升力系數的監測提供更進一步的支持，能夠和大家多多交流。
在這過程中感謝大家對我的幫助。
同時，該帖子也算是對http://forums.caenet.cn/showtopic-527454.aspx和http://forums.caenet.cn/showtopic-522864.aspx的解答和補充。
由于帖子內容完全由自己的體會所寫，如有錯誤的地方，請閱讀附件內容之后明確指出，
一起學習進步！
理論計算和CFD計算對比及不同參考值設定對阻力系數的影響.pdf
展開 二維翼型升阻力系數、翻轉阻力系數計算 ￥20
本案例計算了二維翼型升阻力系數、翻轉力矩系數，計算的結果文件中包含有完整的設置(都在case文件中)，適合需要計算翼型升阻力、升阻力系數、翻轉力矩、翻轉力矩系數的同學下載學習。
starccm無人機生阻力系數仿真計算 ￥12
</p><p>收斂曲線</p><p><img src="https://img.jishulink.com/msimage/202410/c640d0a2f09f224d75ee52d75d12cd8e.png"></p><p>圖11? 升力阻力收斂曲線</p><p>升力：5.37</p><p>阻力：1.45</p><p>升阻比：3.703</p><p>4.4? 升力系數</p><p><img src="https://img.jishulink.com/msimage/202410/a329ca794f04f2133cf8b52b02db80fc.png"></p><p>圖12? 升力系數設置</p><p>升力系數收斂曲線，最終系數為10.74</p><p><img src="https://img.jishulink.com/msimage/202410/76ea70ee4141ae8ececb18cff485b521.png"></p><p>圖13? 升力系數收斂曲線</p><p>4.5? 阻力系數</p><p>設置如下圖所示</p><p><img src="https://img.jishulink.com/msimage/202410/25983c85b3d7b8a8e92ce1f5c180aecc.png"></p><p>圖14? 阻力系數設置</p><p>阻力系數為2.89</p><p><img src="https://img.jishulink.com/msimage/202410/4b56de3deafa123d16760ac97cddb38e.png"></p><h1>圖15? 阻力系數收斂曲線</h1><p><br></p>
展開 管道阻力對揚程的影響及管損計算！
它以米為計算單位。
管道阻力對揚程的影響有多大？
有些用戶經過測量，雖然蓄水池或水塔到水源水面的垂直距離還略小于水泵揚程，但還是提水量小或提不上水。其原因常是管道太長、水管彎道多，水流在管道中阻力損失過大。
一般情況下90度彎管比120度彎管阻力大，每一90度彎管揚程損失約0.5-1米，每20米管道的阻力可使揚程損失約1米。此外，有部分用戶還隨意更改水泵進、出管的管徑，這些對揚程也有一定的影響。那，管道阻力對揚程的影響究竟有多大呢？下面，我們來看下方表格。
你是否清楚管道水流產生水力損失的原因？
一、是管壁粗糙的阻滯作用。
二、是水流各流層間的相對運動。
三、是管件內水流局部急劇變化形成的漩渦。管路（網）水力損失由沿程和局部兩部分組成。在工程上，我們必須要計算知道它的數量多少，才能正確地選用水泵，確定所需要的水泵揚程。
管路沿程損失是發生在水流的全部流程上的摩擦阻力，它與管壁粗糙度、管長、管徑、流速等有關，根據水力學原理，可以建立它的關系式。
沿程損失與管壁粗糙度有關的沿程摩擦系數成正比關系，不同的管材其粗糙度不同，鑄鐵管比較粗糙，沿程摩擦系數就大些；塑料管比較光滑，沿程摩擦系數就小些。與管子長度成正比關系；與管徑成反比關系，就是說，當流量一定時，管徑小、流速快，則沿程損失大；還與流速的平方值成正比關系。當然計算比較繁瑣，簡單的方法可以估算。
管路局部損失是水流在管道中流過底閥、閥門、彎頭、異徑管等配件過程中，由于局部裝置使流型變化；流速方向和大小都改變，而且在流動中出現漩渦，使水流互相碰撞、沖擊。這種局部阻力而引起的水力損失叫做局部損失。
展開 Fluent實用案例 | Suboff直航水動力仿真
4.3 材料設置
由于是水動力計算，因此需要選擇water作為流體材料，相關設置如下如所示：
4.4 邊界條件設置
各邊界條件的設置如下：
速度入口設置為3.05m/s，此處主要是依據相關的suboff實驗數據進行設置，具體設置如下圖：
4.5 初始化設置
相關初始化設置如下圖 。
4.6 計算設置
此處進行的計算設置如下：
5 后處理結果
5.1 后處理云圖結果
Suboff截面速度云圖如下圖所示：
Suboff表面壓力云圖如下圖所示：
Suboff表面速度流線圖如下圖所示：
Suboff阻力計算結果如下圖所示，與實驗值102.3N較為接近：
展開 HydroComp 網絡研討會看點回顧（一）
受到全球持續疫情的影響，我們全球很多重要合作伙伴紛紛采取在家辦公的方式應對，我們重要合作伙伴HydroComp公司在近期推出了一系列的網絡研討會，這次我們挑選2期精彩內容做相應回顧，后續也會持續跟蹤并分享：
Waterjets in NavCad：data,settings, and calcs NavCad如何使用噴水推進器進行數據輸入，設置和計算
Pushboats and propellers頂推船和螺旋槳
如何使用噴水推進器進行數據輸入，設置和計算
NavCad主要提供船舶阻力預測及推進系統的分析選型，包括螺旋槳、主機、傳動設備等。主要功能包括船體阻力計算、附加阻力計算、圖譜法螺旋槳選型、船槳相互作用、船舶多工況下油耗分析、船舶加速分析、噪音空泡以及淺水等補充分析。
NavCad支持多種類型的推進裝置，例如螺旋槳，導管槳，噴水推進，對轉槳等等。噴水推進，在推進評估過程中，我們需要找到推進器與船體的匹配關系，與螺旋槳sizing途徑有些區別，在常規propeller sizing 中我們需要找到合適的螺旋槳直徑，螺距，盤面比等參數，waterjet 需要通過廠家提供的性能曲線來進行匹配和評估。
通過常規的噴水推進曲線圖進行waterjet的特征輸入：
本次網絡研討會中詳細的介紹了如何使用waterjet進行推進評估，如何輸入waterjet特征參數，如何進行計算參數的設定。最后，還邀請到了芬蘭的waterjet廠家進行遠程連線，分享經驗。
展開 NavCad——讓快速性預報變得簡單高效
一個萌新小白的NavCad使用體驗報告：
通常剛剛接觸一款軟件首先需要對該軟件有一個整體的認識，了解軟件的特性，下面是軟件的初步介紹：
開發于1987年的NavCad是HydroComp的旗艦產品, 主要提供船舶阻力預測及推進系統的分析選型，包括螺旋槳、主機、傳動設備等。主要功能包括船體阻力計算、附加阻力計算、圖譜法螺旋槳選型、船槳相互作用、船舶多工況下油耗分析、船舶加速分析、噪音空泡以及淺水等補充分析。
NavCad適用于常規貨船、滑行艇、駁船、雙體船等各種船型，圖譜槳支持所有常見的系列槳，如B、MAU系列。除此以外還支持導管槳，高速艇用槳以及半浸槳、噴水推進器等特種推進器。
筆者作為NavCad 新手，主要需要從以下幾點考慮：
? 軟件的功能
? 軟件的適用范圍
? 軟件對于設計效率的提升，軟件的適用難度
? 軟件計算預報的準確度
軟件功能與適用范圍不用多說，前面做了介紹，筆者比較關心的就是軟件的效率與預報準確性，下面選取了幾個船型例子進行測試：
船型選擇
某4萬左右DWT成品油船/化學品船， 6萬左右DWT散貨船，3萬左右DWT 散貨船，5萬左右DWT 散貨船，5000TEU左右集裝箱以及某滾裝船。
主要選擇盡量涵蓋3大主要船型以及近期市場比較火熱的船型，具有比較與統計意義，這些船型都由是國內外著名設計單位設計，在市場上活躍度很高的船型。
對比測試的內容
快速性預報-船舶自航預報結果與水池試驗，主要是總阻力系數Ct，有效功率PE以及螺旋槳收到功率PD，同時船舶試驗單位也盡量涵蓋包括HSVA,MARINE,SSPA,702等國內外著名水池。
展開 
NavCad——讓快速性預報變得簡單高效
一個萌新小白的NavCad使用體驗報告：
通常剛剛接觸一款軟件首先需要對該軟件有一個整體的認識，了解軟件的特性，下面是軟件的初步介紹：
開發于1987年的NavCad是HydroComp的旗艦產品, 主要提供船舶阻力預測及推進系統的分析選型，包括螺旋槳、主機、傳動設備等。主要功能包括船體阻力計算、附加阻力計算、圖譜法螺旋槳選型、船槳相互作用、船舶多工況下油耗分析、船舶加速分析、噪音空泡以及淺水等補充分析。
NavCad適用于常規貨船、滑行艇、駁船、雙體船等各種船型，圖譜槳支持所有常見的系列槳，如B、MAU系列。除此以外還支持導管槳，高速艇用槳以及半浸槳、噴水推進器等特種推進器。
筆者作為NavCad 新手，主要需要從以下幾點考慮：
? 軟件的功能
? 軟件的適用范圍
? 軟件對于設計效率的提升，軟件的適用難度
? 軟件計算預報的準確度
軟件功能與適用范圍不用多說，前面做了介紹，筆者比較關心的就是軟件的效率與預報準確性，下面選取了幾個船型例子進行測試：
船型選擇
某4萬左右DWT成品油船/化學品船， 6萬左右DWT散貨船，3萬左右DWT 散貨船，5萬左右DWT 散貨船，5000TEU左右集裝箱以及某滾裝船。
主要選擇盡量涵蓋3大主要船型以及近期市場比較火熱的船型，具有比較與統計意義，這些船型都由是國內外著名設計單位設計，在市場上活躍度很高的船型。
對比測試的內容
快速性預報-船舶自航預報結果與水池試驗，主要是總阻力系數Ct，有效功率PE以及螺旋槳收到功率PD，同時船舶試驗單位也盡量涵蓋包括HSVA,MARINE,SSPA,702等國內外著名水池。
展開 船舶阻力CFD模擬分析 ?
船舶阻力預報CFD研究現狀
在船舶行業，CFD能準確捕捉復雜流動形態及結構；流動區域平均物理量（速度及壓力）的預報已達到較高精度；固壁邊界的水動力系數（摩擦阻力和粘壓阻力系數）的預報已達到一定精度，可用于初步設計、優化設計等工程應用問題；自由表面流動的計算進步較快，波形的預報已經達到相當的精度。
通過CFD計算分析，可以對多個不同的設計方案給出正確的排序。比之單由水池試驗，CFD分析的長處是它允許對更寬范圍的備選船型方案進行測試。比較理想的做法是，它適合用來選擇有希望的備選設計方案作進一步的水池試驗。CFD也指明對設計方案進行改進的部位和方法，比如，顯示出船身上的壓力分布的細節。
船舶阻力計算CFD的解決方案
船舶阻力計算CFD應用需求
船舶的水動力性能（快速性、適航性、操縱性）是由繞船的流場特性而決定，從理論上講通過求解描述流場特性的流體動力學方程就能對相應的水動力性能做出預報。然而，由于自由面的存在、船體幾何形狀復雜（特別是船尾）、附體較多，導致自由面水波、流體分離、旋渦等現象的出現，使得流場中的流動結構很復雜，即使有了描述流動過程的微分方程式也不可能得到解析解，因此，長期以來船模試驗便成了研究船舶周圍流場特性的一個必不可少的手段。然而，船模試驗不僅周期長、費用高、很難得到詳細的局部流場信息，同時因為尺度效應，船模實際上并不能真實地再現實船的流動情況，存在很大的局限性。新的水動力性能預報手段的引入已十分必要。
船舶阻力的CFD計算盡管存在自由表面、高雷諾數等多種難題，但近30年來通過人們不懈的努力，從勢流理論線性計算到非線性計算，從理想流體到粘性流體，從薄邊界層到全NS方程的求解，直至考慮自由面的NS方程的求解，CFD方法在計算能力和實用方面都發生了深刻的變化。過去只是在大學和研究機構才有的計算方法，如今已有很多商業化的CFD軟件可以應用。
展開 暖通空調系統水泵的使用與選型,總結很到位
5、水泵揚程的確定:
1）冷凍水泵揚程的組成：
制冷機組蒸發器水阻力：一般為5~7mH2O；
末端設備（空氣處理機組、風機盤管等）表冷器或蒸發器水阻力：一般為5~7mH2O （具體值可參看產品樣本）；
回水過濾器，二通調節閥等的阻力：一般為3~5mH2O；
分水器、集水器水阻力：一般一個為3mH2O；
制冷系統水管路沿程阻力和局部阻力損失：一般為7~10mH2O；
綜上所述，冷凍水泵揚程為26~35mH2O，一般為32~36mH2O。
（2）冷卻水泵揚程的組成:
制冷機組冷凝器水阻力：一般為5~7mH2O；
冷卻塔噴頭噴水壓力：一般為2~3mH2O;
冷卻塔（開式冷卻塔）接水盤到噴嘴的高差：一般為2~3mH2O;
回水過濾器，二通調節閥等的阻力：一般為3~5mH2O；
制冷系統水管路沿程阻力和局部阻力損失：一般為5~8mH2O；
綜上所述，冷卻水泵揚程為17~26mH2O，一般為21~25mH2O。
（3）補水泵揚程：
揚程為定壓點與最高點距離+水泵吸水端和出水端阻力+3～5mH2O的富裕揚程。
水管路阻力計算方法：沿程阻力，水在管道內的沿程阻力：Hf＝Rl式中：Hf—水管沿程阻力，Pa；R—單位長度沿程阻力，又稱比摩阻，Pa/m；L—水管直管段的長度，m。
冷水管采用鋼管或鍍鋅管時，比摩阻R一般為100～400Pa/m，最常用的為250Pa/m。比摩阻是個和水管管徑，水流流速以及流量有關的量，可以通過下面的比摩阻計算圖查得。
②局部阻力：水流動時遇到彎頭、三通及其他配件時，因摩擦及渦流耗能而產生的局部阻力計算公式為：Hd＝ζ×(ρ×V2/2) 式中ζ——局部阻力系數， V——水流速，m/s。
展開 真愛的小船乘風破浪
CFD在船舶行業研究現狀
在船舶行業，CFD能準確捕捉復雜流動形態及結構；流動區域平均物理量（速度及壓力）的預報已達到較高精度；固壁邊界的水動力系數（摩擦阻力和粘壓阻力系數）的預報已達到一定精度，可用于初步設計、優化設計等工程應用問題；自由表面流動的計算進步較快，波形的預報已經達到相當的精度。
通過CFD計算分析，可以對多個不同的設計方案給出正確的排序。比之單由水池試驗，CFD分析的長處是它允許對更寬范圍的備選船型方案進行測試。比較理想的做法是，它適合用來選擇有希望的備選設計方案作進一步的水池試驗。CFD也指明對設計方案進行改進的部位和方法，比如，顯示出船身上的壓力分布的細節。
船舶阻力計算CFD的解決方案
船舶阻力計算CFD應用需求
船舶的水動力性能（快速性、適航性、操縱性）是由繞船的流場特性而決定，從理論上講通過求解描述流場特性的流體動力學方程就能對相應的水動力性能做出預報。然而，由于自由面的存在、船體幾何形狀復雜（特別是船尾）、附體較多，導致自由面水波、流體分離、旋渦等現象的出現，使得流場中的流動結構很復雜，即使有了描述流動過程的微分方程式也不可能得到解析解，因此，長期以來船模試驗便成了研究船舶周圍流場特性的一個必不可少的手段。然而，船模試驗不僅周期長、費用高、很難得到詳細的局部流場信息，同時因為尺度效應，船模實際上并不能真實地再現實船的流動情況，存在很大的局限性。新的水動力性能預報手段的引入已十分必要。
船舶阻力的CFD計算盡管存在自由表面、高雷諾數等多種難題，但近30年來通過人們不懈的努力，從勢流理論線性計算到非線性計算，從理想流體到粘性流體，從薄邊界層到全NS方程的求解，直至考慮自由面的NS方程的求解，CFD方法在計算能力和實用方面都發生了深刻的變化。過去只是在大學和研究機構才有的計算方法，如今已有很多商業化的CFD軟件可以應用。
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