水動力耦合的案例
基于改進體積力法的導管螺旋槳水動力性能數值研究
這是因為當進速增大時，螺旋槳水動力螺距角減小，由體積力源所模擬的槳葉升力這一水動力效應減弱，進而導致槳?導管耦合水動力效應減弱，從而使得因模擬耦合效應失真而產生的誤差也隨之減小。
由表5可見，在各來流速度（不含2kn）下，改進體積力法1和改進體積力法2的前進合力的平均相對誤差絕對值分別為1.86%和11.65%，較Goldstein分布方法的平均相對誤差絕對值（30.28%）大幅降低。與敞水工況相似，改進體積力法1于艇后仍有較高的精度，優于方法2。總而言之，改進體積力法整體上較好地實現了對艇后導管螺旋槳水動力數值的模擬，其計算精度均較Goldstein分布方法有較大的提升，也優于傳統螺旋槳體積力法，適用于艇體?導管?體積力耦合水動力的數值模擬。
上節提到，在敞水工況下，當進速系數較大（J?0.7）時，采用體積力法模擬導管螺旋槳推力誤差較大（表4），從圖12（a）、圖12（b）和表5可以看出，在艇后工況下，高來流速度（2kn）時亦如此。現將就該問題予以探討。在高進速系數（進速系數大于導管推力變為阻力時對應的進速系數）下，螺旋槳升力會減少，槳?導管之間的“動水動力效應”隨之降低。為便于理解，假設此時螺旋槳停止轉動，靜止于導管內，承受著高速來流的沖擊。體積力法以體積力源代替槳葉，模擬的是螺旋槳的升力效應，而高進速時，槳葉充當的更多的是阻力的角色，槳?導管之間更多地體現為“靜水動力效應”。現行的體積力法暫無法模擬槳的阻塞效應，為此，郁程等[10]針對體積力法中槳葉的阻塞效應進行了修正研究。再者，當進速增大時，需要捕捉導管渦脫落等流動現象以精確評估導管的水動力特性，這相當于對大攻角水翼的仿真，而本文所用RANS方法難以勝任。
但是，導管螺旋槳一般被設計用于重載工況（低進速系數），在重載工況下，推力較大、效率較高。
展開 雨水管道末端與河道水動力相互作用模擬研究
在地表徑流方面，陳潔云等[5]總結了城市雨水徑流估算分析模型的發展，證明封閉式分析模型能高效準確地估算城市雨水徑流量；Martin Bruwier等[6]系統分析了9個城市特征在洪泛情況下對地表徑流的影響，表明洪水嚴重程度主要受建筑面積的影響；Francisco Peňa等[7]采用 FLO-2D 和MODFLOW-2005提出了一種基于物理、松耦合的建模框架，對降雨過程中地表水和地下水的相互作用導致的城市洪澇進行細化研究。
對于地表徑流和管道流耦合的過程，Noh Seong Jin等[8]在城市淹沒分析中研究了不同形狀雨水口的流量系數；Ricardo Martins等[9]采用計算流體力學(computational fluid dynamics, CFD)和試驗相結合的方法對不同排水條件下溝渠的水力特性進行了研究；陳倩等[10]對不同工況雨水口的泄流能力進行了試驗研究；還有一些研究人員在城市洪水耦合模型中對進水口進行了不同的模擬分析，并通過試驗進行了驗證[11,12]。在管道流動方面，Heekyung Park等[13]早在1998年就使用水動力學模型對環狀和樹狀管道系統進行了詳細的水動力評估；Pachaly Robson Leo等[14]評估了在雨水管理模型5.1(Storm Water Management Model 5.1,SWMM)中加入Preissmann槽算法后，在復雜、高度動態流入場景中的性能；葉家強等[15]研究在管道建模過程中通過入滲效率來估算管道排水量，其中入滲效率和降雨高潮位都有關系。
在雨水管末端區域，河道水位的頂托效應對其排水性能具有重大影響。
展開 【數值模擬】基于改進體積力法的導管螺旋槳水動力性能
表 1 導管螺旋槳推力計算方法驗證
04 計算結果與分析
（1）基于改進體積力法的導管螺旋槳敞水水動力性能
使用經流量修正和分布修正的改進螺旋槳體積力模型對 No.19A+Ka4-70 導管螺旋槳進行敞水水動力性能數值模擬。總覽圖 6，發現經流量修正的均布形式的改進體積力法和經流量修正的分布 2 形式的改進體積力法所得導管螺旋槳的各參數皆與試驗值吻合較好。
圖 6 基于改進體積力法的導管螺旋槳敞水性能曲線對比
（2）基于改進體積力法的艇?導管螺旋槳耦合水動力性能
將導管螺旋槳體積力模型與實體導管螺旋槳模型搭配回轉體后的仿真值進行了對比，以進一步研究艇后改進體積力法1和改進體積力法2的適用性。
展開 【技術】潛艇船首形式的水聲學和水動力學優化
本次研究的主要目的是利用高保真的 CFD 模擬和自動化的工作流程，通過優化船首形式來提高潛艇的水聲和水動力性能。
前 言
潛艇自發噪聲的來源可分為三大類。螺旋槳噪聲是當潛艇航速達到足以產生空泡時，由潛艇螺旋槳產生的噪聲。水動力噪聲包括潛艇在水中運動產生的各種噪聲源。機械噪聲是由潛艇上的推進、操縱和輔助機械產生的噪聲。水動力噪聲是主要的噪聲源，也是本次研究的主要研究對象。而潛艇模型是基于稱為DARPA SUBOFF的標準幾何模型。
本次研究利用高保真的CFD求解器 STAR-CCM + 求解流動的非定常RANS方程 和水聲學的 Ffowcs-William 和 Hawkings (FW-H)方程，開發了一個迭代設計過程，以降低水動力噪聲水平。利用CAESES軟件創建艇體的參數化幾何模型，由此，艇體的變體模型可以在搭建的自動化工作流程中被自動化的創建和利用。潛艇船首的形狀已用下列方程參數化，該方程創建了一條對稱曲線:
*參數化的對稱船首
多目標優化的目的是減少船體的總阻力以及螺旋槳槳轂后一米處產生的噪聲。所選擇的優化方法有一個使用 Sobol 算法的 DoE 初始步驟，得到的結果用作輸入，然后使用大家熟知的開放源碼 Python 庫中的LinearNDInterpolator方法建立代理模型。最后，用 NSGA-II 算法對目標函數進行求解。CAESES 軟件本身包含一個算法庫，算法有 Sobol 和 NSGA-II等。然而，LinearNDInterpolator 方法是通過 python 腳本實現的，并通過CAESES方便的特性定制功能與 CAESES 耦合。
展開 
【開源CAE培訓通知】TELEMAC-MASCARET水動力及泥沙遷移專題培訓
TELEMAC-MASCARET是法國電力集團（EDF）的法國國立水利與環境實驗室開發的一款研究水動力學和水文學領域的高性能數值仿真開源軟件。基于有限元法，使用不規則三角網格，讓復雜的海岸線和河口的描繪更為精確。該軟件可以構建1D，2D和3D水動力學模型以解決波浪傳播, 波浪振動特性，水質污染，泥沙輸運和海床形態變化等問題，擁有豐富的用戶技術支持和廣泛的工業應用及驗證。
斯姆勒ANSYS裝配體剛柔耦合分析技術講座：02-裝配體剛柔耦合動力學分析-瞬態動力學分析技術
●主要內容
裝配體剛體動力學分析
裝配體剛柔耦合動力學分析-瞬態動力學分析技術
裝配體剛柔耦合動力學分析-超單元動力學分析技術
裝配體剛柔耦合動力學分析-靜力學工況分析技術
共四節，平臺將免費更新2節
●技術背景
工程中存在大量運動機械；
基于傳統的靜力學工況計算沒有考慮結構的動態效應，譬如沖擊，將造成較大的計算誤差；
運動機械存在不同的姿態，計算所有的靜力學工況是不可能的，也很難確定其最不利工況；
ANSYS提供完整的動力學求解方案，能夠高效準確的計算運動機械的結構響應。
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技術專題：ANSYS裝配體剛柔耦合分析技術
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展開 細胞工程：免疫細胞趨化運動模式及分子機理
白細胞能夠在沒有黏附或摩擦的固體基質上運動
盡管活躍的淋巴細胞在沒有粘附的表面附近遷移，但考慮到細胞和基質之間的水動力耦合可能有利于靠近基質的推進。因此，作者進行了細胞的懸浮液實驗，以測試在沒有水動力耦合到任何固體壁情況下的游泳是否依然存在。通過使用一個連接到高精度壓力控制器的微流體通道和高抗壓油管連接來減緩壓力驅動的流動。此外，使用添加ficoll的培養基減少細胞沉降，使其與細胞的平均密度相匹配。觀察結果表明白細胞可以在懸浮液體中主動游動。
圖2.淋巴細胞在自由懸液中游動
驗證了白細胞確實可以游動之后，接下來作者開始探究細胞游動的動力來源。肌動蛋白細胞骨架作為推動細胞爬行的分子引擎已被廣泛接受。效應T淋巴細胞的特征是強極化狀態的肌動球蛋白收縮形成細胞后部(尾足)和肌動蛋白聚合形成的細胞前部(片足)。作者首先分別利用肌動球蛋白和肌動蛋白收縮抑制劑干擾細胞。肌動蛋白聚集性抑制對細胞游泳速度影響更為明顯。表明，前方肌動蛋白聚合起主導作用是淋巴細胞游動的主要引擎。
圖3.肌動蛋白更多的是通過聚合作用推動游動而不是收縮作用
正常情況下的細胞膜運動似乎不能產生足夠的推進力，但變形蟲細胞的細胞膜表現出由內部肌動蛋白皮質逆行流動觸發的切向運動。為了證明細胞外膜的運動，作者用icam -1（一種細胞整合素配體）包被的小珠培養游泳細胞。當細胞在行進過程中遇到念珠時，念珠通過跨膜整合素LFA-1附著在細胞前端，并被向后攜帶。表明切向膜運動在游泳中起著直接作用。
圖4.向后踏膜與游泳相關
作者發現膜上附著的微珠的游動速度(νs ~ 5 μm min?1)比膜上附著的微珠的游動速度(>10 μm min?1)要小2倍。這種差異表明細胞膜和周圍液體之間的耦合不是完全的和/或膜不是均勻的。
展開 雙向流固聲耦合圓柱體入水（STAR-CCM+&abaqus） ￥1300
因此，以平頭圓柱體為例，本案例運用STAR-CCM+&abaqus對圓柱體入水100m/s過程進行模擬，得到了結構入水過程中周圍流場和自身響應變化。
適用領域：航行體入水沖擊，船舶砰擊，海洋結構物漂浮等領域。ST
《Macromolecules》 廣工高粱/華工孫尉翔/施雪濤:短烷基側鏈的長度對疏水締合水凝膠相分離結構和動力學的影響
摘要
相分離在增韌水凝膠中起著至關重要的作用。因此，調節相分離結構對于理解相分離水凝膠的增韌機制至關重要。當前的合成策略通常對相分離結構提供有限的控制。最近，廣東工業大學高粱副教授,華南理工大學孫尉翔副研究員/施雪濤教授團隊將短烷基側鏈修飾的水凝膠庫制作為模型相分離水凝膠，以研究短烷基側鏈對相分離結構、表觀力學和動力學的長度影響。短烷基鏈改性聚合物從高濃度溶液中經歷蒸氣誘導相分離并聚結成連接良好的富含聚合物的相。隨著側鏈長度的增加，由于疏水相互作用增強，富含聚合物的區域變厚。
流變學表明，較長的烷基側鏈會導致較高的“玻璃化”轉變溫度和較慢的動力學。然而，通過將小變形特性（線性流變學）和大變形特性（拉伸行為）的拉伸速率和溫度相關性相關聯，團隊發現無論側鏈的長度如何，當拉伸時水凝膠變得堅韌和堅固。測試溫度接近玻璃化轉變溫度或拉伸速率匹配中頻區域的弛豫時間。在這項工作中獲得的凝膠的強度和韌性是相分離和玻璃化轉變的綜合作用。
這項工作闡明了相分離水凝膠中機械元件的設計原則。相關論文以題為Length Effects of Short Alkyl Side Chains on Phase-Separated Structure and Dynamics of Hydrophobic Association Hydrogels發表在《Macromolecules》上。
圖解
Cn-0.5的合成及拉伸性能
圖 1. Cn-0.5 的合成。
圖 2. Cn-0.5 的拉伸行為。(A) 一些最先進的堅韌水凝膠之間的斷裂應力 (σf) 和斷裂拉伸 (λf) 圖中的比較圖。
展開 【流固耦合】翼傘后緣偏轉過程的流固耦合動力學特性
翼傘后緣偏轉過程的流固耦合動力學特性 [J]. 空氣動力學學報, 2023, 41 (05): 68-75.
文章內容轉自：“云數仿真”公眾號
建立水動力模型！
前言
前文已經講了如何制作網格文件（.mdf文件），這一博文就講如何建立水動力模型。
Step 1 導出mesh文件
前文制作好的mdf網格文件不可以直接拿來用的，需要先導出成mesh文件，步驟如下三圖：
于是，就可以看到你設定的文件夾里出現了一個 .mesh 的文件，這個就可以用作建立模型了。
Step 2 設置模型參數
首先，選擇【MIKE 21】→【Flow Model FM（.m21fm）】，然后就打開了設置參數的界面，如下兩圖：
接下來，設置一下參數。
【Domain】，加載mesh文件，其他參數均保持默認。
【Time】，這個需要自己設置，如下圖：
模擬結束時間 － 模擬開始時間 = 時間步長 × 時間步數
對于時間步長如何確定，也并沒有特定的要求，我一般是根據情況取 60(1分鐘) 或 120(2分鐘) 或 180(3分鐘) 或 240(4分鐘)。
關于時間步長和時間步數，我自己做了一個 Excel 小工具，很方便計算，上傳到我的CSDN資源庫里了，有需要的讀者可以到資源欄目中自行下載（不需要積分），叫做：【MIKE小工具】-計算時間步數-晏長街。
【Module Selection】，模塊選擇，其中水動力模塊（Hydrodynamic）是必選的。我們這里也只選擇水動力模塊。
接下來的設置就都是水動力模塊的參數了。
【Solution Technique】，算法。
Shallow water equations，淺水方程，Time和Space均選擇低階運算方法（Low order，fast algorithm）就行，其余均保持默認。
Transport equations，傳輸方程，均保持默認。
展開 
【CAE案例】復雜入海口水動力仿真
這項研究表明，二維水動力仿真是一個適合入海口研究的水動力仿真模塊，其具備良好的處理淺水問題和漫灘的能力。
文章來源遠算云仿真
流固耦合楔形體低速入水應變驗證 ￥2000
<p class="ql-align-center"><strong>流固耦合楔形體低速入水驗證</strong></p><p><br></p><p><strong>仿真設置 </strong></p><p>幾何建模和材料見文獻，通過提取對應位置的應力與試驗數據（入水速度2m/s）進行對比。<span style="color: rgb(25, 27, 31);">wechat1 cheaper</span></p><p class="ql-align-center"><img src="https://img.jishulink.com/msimage/202412/d38ce6ba918ecf0ab9db6562be1cc10d.png" width="234"><img src="https://img.jishulink.com/msimage/202412/1b713dcbead997cc532f4408cb14de33.png"></p><p><strong>結果</strong></p><p>楔形體應變發生在最大入水時刻，仿真數據與試驗數據誤差4%，且入水過程0.01s內應變與試驗數據趨勢變化一致。驗證了STARCCM&ABAQUS協同計算的有效性。</p><p>1.對比了數值與試驗應變時歷曲線。
展開 Delft3D的水動力模擬教程
當模型能夠成功運行之后，開始關注機理過程的參數，了解模型的行為，逐漸的掌握水環境的模型。
之后根據提供的Step by step來進行建模的學習，這部分的內容在官網上有視頻，同時手冊中也非常的詳細，我會從新手的角度做些注釋。
建模過程
構建一個地表水的水動力模型，我們需要多種類型的信息，如模擬的區域范圍（也就是水體和陸地交界及水位邊界或者開邊界的位置所圍繞的區域），水底地形，區域內的幾何特征，如水工構筑物，排口，最后需要模擬結果的輸出和存儲。由于目前復雜的水動力模型是沒有解析解的，所以我們都需要網格，與網格相關的內容：
合理的選擇模擬的區域及范圍。
確定邊界（開邊界）條件的位置和類型，諸如是水位邊界、流量邊界、流速邊界
確定陸地-水交界邊界（閉邊界）范圍
生成網格
在網格中生成地形
在網格中設置相關的參數，如邊界條件位置，觀測點位置，排口位置
定義模型的時間參數，如開始和結束時間，多種時間相關的函數，如開邊界的時間序列，風向和風速時間序列，流量時間序列，濃度時間序列和其他水流的相關物質的時間序列
?
時間函數（time functions）這里稍微解釋下所謂的時間函數，函數在數學中是一種變量到另外一種變量的過程，在模型中的時間函數，可以理解為一種隨時間變化的過程，具體這個函數可以是一個公式，自變量為t（時間），也可以直接為一組時間序列值，如流量時間序列。
展開 【CAE案例】基于二維水動力仿真的大陸架建模
07 小結
本文主要講述了IMDC的工程師利用二維水動力通用仿真軟件建立二維水動力模型，對比利時海岸帶的水位和流速進行了模擬計算，并與TOPEX的實測數據與Xaver氣旋期間Oostende和de Wandelaar站點的實際測量結果進行了對比。
IMDC的研究表明，使用二維水動力通用仿真軟件建立的大陸架模型，不僅可以很好地模擬常況下由潮汐波引起水位變化，更能夠很好地預測極端氣候條件下海岸帶的水位變化情況，具有相當的準確性和可靠性。
文章來源：遠算云仿真
