水動力性能
關注創建者：姜講蔣醬 創建時間：2023-02-24
水動力性能的視頻教程
基于STAR-CCM+的水下擺動翼型繞流計算流程講解演示——以水下簡諧轉動翼型繞流計算為例
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水動力性能的實例教程
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 總之，改進體積力法整體上可以較好地實現對敞水導管螺旋槳水動力數值的模擬，優于傳統螺旋槳體積力法，可為準確模擬艇體?導管槳（體積力）耦合水動力奠定基礎。
5.2基于改進體積力法的艇?導管螺旋槳耦合水動力性能
導管螺旋槳體積力模型的提出最終是為了提高搭配導管螺旋槳的航行器數值模擬的精度和效率，故本節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。模擬時，組合體保持靜止，螺旋槳轉速恒定為1500r/min，通過改變來流速度計算不同工況下的水動力性能。槳推力、導管推力、回轉體阻力和質量流量Q的性能曲線如圖12所示。圖中：實體導管槳表示實體導管螺旋槳模型搭配回轉體的工況；下標B表示艇后工況，以區別于敞水工況；下標1，2，G分別表示改進體積力法1、改進體積力法2和Goldstein分布方法。
由圖12可見，相較艇后實體導管螺旋槳工況，基于Goldstein分布方法、改進體積力法1和改進體積力法2的槳推力的平均相對誤差分別為?12%，1.3%和14.0%；基于改進體積力法1和改進體積力法2的導管推力、質量流量Q，尤其是回轉體阻力fm，皆與艇后實體導管螺旋槳相應的仿真值吻合較好，相對誤差僅約0.5%，與Goldstein分布方法相比精度提升較大。質量流量模擬的準確性不僅影響著導管推力，還影響著回轉體尾部壓力場（回轉體阻力）。采用改進體積力法準確預報艇體?導管螺旋槳的耦合水動力可為模擬水下航行器的操縱性動態打下基礎。另外，由圖12（b）～圖12（d）可見，隨著來流速度逐漸增大，基于Goldstein分布方法的導管推力TD、回轉體阻力fm和質量流量Q與實體螺旋槳模型間的誤差逐漸減小。
展開 綜合對比新平臺與經典半潛式與單柱式平臺水動力性能，該新型浮式平臺能夠明顯優化水動力系數，在受到外部載荷后具有較好的恢復能力；新型浮式平臺相較于半潛式平臺能夠明顯降低垂蕩峰值與其對應波浪頻率，降低發生垂蕩共振的可能性。
3）海上風力機浮式平臺水動力性能研究共性結論表明，上述3種浮式平臺所受一階波浪力與力矩大小均主要取決于平臺各向的投影面積，應在設計與施工時盡量保證波浪與浮式平臺正向平行，以避免產生過大的側向波浪力；多立柱式平臺垂蕩附加質量明顯大于單柱式平臺，縱搖與橫搖附加質量與平臺重心高度有關；多浮體結構較為復雜使得各向輻射阻尼明顯大于單柱式平臺，且在波頻范圍內更加明顯。
展開 潛艇的水下阻力特性和輻射噪聲特性是衡量潛艇性能的重要指標，需要盡可能優化。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。
展開 三、水動力分析工具
水動力的分析包括主船體、附體和螺旋槳的優化，具體包括針對阻力的船形尺度優化、船首形狀參數的優化、船首或船尾側推形狀的優化、推進附體的形狀優化等。水動力優化既可以通過船模試驗進行分析，也可以利用水動力計算軟件等進行模擬，例如20世紀80年代末NSWCCD在優化驅逐艦的尾楔的水動力設計時，尾楔設計組合使用了船模試驗和XYZFS勢流計算程序預報，最終設計表明新尾鰭既降低了低速時一般尾楔產生的功率損失，最大航速時可減少6%的收到功率，并且每年可減少約2%的燃油消耗。
據了解，過去三十多年，CFD在船舶水動力領域的應用取得了諸多發展與進步，從最初解決動量方程等式、邊界層、半拋物線雷諾平均（RANS）方程發展到全雷諾平均方程、六自由度（6DOF）運動預報以及運動控制器。目前船舶水動力學計算的最新研究方向是在百億網格上對多尺度、多物質和多相位的船舶流體大渦模擬進行百億億次的計算。船舶水動力計算方法快速發展，包括建模、數值方法、高性能計算方法，這些計算方法的應用模型包括水動力、氣流和兩相流體求解器、紊流模型、界面模型、運動求解器、推進模型、海況或波浪模型等。水動力計算技術和方法的充分結合，促進了船舶水動力學在實船上的應用。
四、思 考
由于海軍艦船的要求與限制條件遠高于民船，除考慮壽命周期成本以外，其他方面比如螺旋槳振動和航向穩定性有時可能也屬于優先考慮因素，一些常規的首位形狀可以不適用。
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關鍵詞：GROMACS；酒精-水混合物；互溶性；分子動力學；氫鍵分析
背景介紹
酒精與水的互溶行為在化學、材料、生物醫藥等多個領域中具有重要意義。例如，藥物溶液設計、溶劑工程、生物膜相互作用等都依賴于對醇-水體系微觀結構的深入理解。傳統實驗雖然能觀察到宏觀性質變化，但在分子尺度上的機理揭示仍需借助分子動力學模擬。
本案例基于GROMACS軟件，模擬分析乙醇-水混合液體系的互溶過程與氫鍵網絡特征
本案例利用Fluent以美國國防高等研究計劃 署 (DARPA) 的標準 SUBOFF 全附體模型 ( 無螺旋槳 )
為研究對象展開靜態水動力仿真分析，并與相關實驗數據展開對比，發現計算結果較為接近。本案例所進行的設置十分簡單。通過此案例后續可以進一步對各種水下航行體模型展開計算，并通過改變攻角、添加螺旋槳等方式，進行更為復雜的水下航行體水動力仿真計算。
1 workbench 設置
研究背景與意義
潰壩現象是指大壩或堤壩結構因洪水、地震、人為破壞或結構本身缺陷等原因突然失效，壩內水體以劇烈的流態向下游泄流，往往造成災難性的后果。歷史上的潰壩事故，如1975年河南板橋水庫潰壩，造成嚴重的人員傷亡和財產損失。因此，深入研究潰壩過程中的水動力學特性，建立精確的數值模型，對于預測洪災、制定應急預案以及大壩的設計與安全評估具有重大意義。
隨著CFD的快速發展，數值模擬技術逐漸成為研究潰壩問題的主要手段之一
問界M8潑水實驗背后的技術革命——
PreonLab破解車內防水性能難題
Author: 王鑫
Technical Support Engineer, AST
被譽為全球汽車工業“風向標”的2025年上海國際車展于4月23日正式拉開帷幕。在今年的車展上，一個有趣的現象引起了業界的注意：多家車企開始高調展示車輛的防水性能。
其中，賽力斯在展臺設計了動態潑水互動
水動力渦輪機_NACA_4424翼型
Assem1blade622.SLDASM
本案例利用Fluent中的MRF模型，對螺旋槳敞水水動力性能問題進行了仿真計算。該案例僅對螺旋槳的穩態計算進行了簡單演示，其余的旋轉機械的仿真設置與本案例基本一致，可按照該案例進行相關設置。
本文僅計算了進速系數為0.4的工況，計算結果與相關實驗較為接近。
本案例利用Fluent中的滑移網格模型（RBM)，對螺旋槳敞水水動力性能問題進行了瞬態仿真計算。該案例僅對4119槳的瞬態計算進行了簡單演示，其余的旋轉機械的仿真設置與本案例基本一致，可按照該案例進行相關設置。
本文僅計算了進速系數為0.4的工況，計算結果與相關實驗較為接近。
與Fluent MRF 旋轉機械（一）的結果相比，瞬態計算結果與實驗值更為接近。
本案例利用Fluent中的MRF模型，對螺旋槳敞水水動力性能問題進行了仿真計算。該案例僅對螺旋槳的穩態計算進行了簡單演示，其余的旋轉機械的仿真設置與本案例基本一致，可按照該案例進行相關設置。
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