水動力優(yōu)化
關(guān)注創(chuàng)建者：匿名 創(chuàng)建時間：2026-01-04
水動力優(yōu)化的視頻教程
船舶與海洋工程水動力分析-AQWA軟件入門與提高
（已結(jié)束，直播時間：2018-07-11 19:00） 第三講 經(jīng)典AQWA水動力計算?（已結(jié)束，直播時間：2018-07-18 19:00） 報名福利： 1.掃描下方二維碼加客服微信，可以免費領(lǐng)取指定的高巍老師的付費課程； 2.加客服進(jìn)微信交流群，課后可參與抽獎，贏取技術(shù)鄰抱枕、坐墊等精美禮品；3.參與活動，免費搶500元培訓(xùn)券！
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AQWA軟件企業(yè)培訓(xùn)（1） 目前主流水動力分析軟件特點
培訓(xùn)主要內(nèi)容有： 1.簡要介紹目前主流水動力分析軟件特點； 2.介紹經(jīng)典AQWA； 3.通過AGS-plan建立船體模型； 4.通過ANSYS-APDL建立半潛平臺混合模型及混合模型的拖曳力線性化； 5.AQWA-librium介紹與實例； 6.AQWA-Fer介紹與實例； 7.AQWA-Drift介紹與實例； 8.AQWA-line多體耦合水動力分析與駐波抑制； 9.AQWA-Wave
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水動力優(yōu)化的實例教程
據(jù)了解，過去三十多年，CFD在船舶水動力領(lǐng)域的應(yīng)用取得了諸多發(fā)展與進(jìn)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(fā)展到全雷諾平均方程、六自由度（6DOF）運動預(yù)報以及運動控制器。目前船舶水動力學(xué)計算的最新研究方向是在百億網(wǎng)格上對多尺度、多物質(zhì)和多相位的船舶流體大渦模擬進(jìn)行百億億次的計算。船舶水動力計算方法快速發(fā)展，包括建模、數(shù)值方法、高性能計算方法，這些計算方法的應(yīng)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(jìn)模型、海況或波浪模型等。水動力計算技術(shù)和方法的充分結(jié)合，促進(jìn)了船舶水動力學(xué)在實船上的應(yīng)用。
四、思 考
由于海軍艦船的要求與限制條件遠(yuǎn)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(wěn)定性有時可能也屬于優(yōu)先考慮因素，一些常規(guī)的首位形狀可以不適用。因此有必要開發(fā)新的船形，這樣就涉及到船舶水動力設(shè)計與優(yōu)化，鑒于上述可知：
（1）水動力優(yōu)化工具（軟件）對于水動力研究具有非常重要的作用和影響，為更好地開展水動力研究，建議國家和大型造船集團進(jìn)一步開展和完善船舶核心和主流設(shè)計軟件的自主開發(fā)與技術(shù)引進(jìn)的長期戰(zhàn)略規(guī)劃，加強與國際國內(nèi)軟件企業(yè)的合作，爭取短期內(nèi)實現(xiàn)軟件的二次開發(fā)應(yīng)用，在長期階段實現(xiàn)核心軟件的國際合作開發(fā)和自主開發(fā)。
（2）從企業(yè)和研究機構(gòu)的角度來看，建議研究機構(gòu)更加注重水動力等基礎(chǔ)性能研究和工程應(yīng)用，健全技術(shù)創(chuàng)新機制，培育具有國際視野和涉足前沿技術(shù)的高端技術(shù)人才。注重前沿技術(shù)、理論方法的跟蹤與研究。
此外，根據(jù)美國海軍的新船型的研發(fā)歷程可知，企業(yè)加強與海軍研發(fā)機構(gòu)的聯(lián)系有助于技術(shù)的創(chuàng)新，促進(jìn)船舶水動力發(fā)展。
（3）從具體的產(chǎn)品類型，短期內(nèi)可以選擇對船型局部進(jìn)行優(yōu)化，包括首尾等，選擇某一類或幾類艦型做試驗，積累經(jīng)驗后再判斷是否適合推廣。
展開 然后通過局部模型來檢查在數(shù)值模擬設(shè)計出的進(jìn)水口形狀下，是否會出現(xiàn)水流的周期性振動現(xiàn)象，以此來優(yōu)化渠道的一些土木工程特性。
圖4 小型水電站進(jìn)水口渠道內(nèi)的水位和水頭沿流線分布
小型水電站的這兩個進(jìn)水口渠道案例通過使用水動力仿真數(shù)值模型，縮小對實體比例模型進(jìn)行的選擇范圍。因為實體比例模型的構(gòu)建和運行成本比數(shù)值模型更高。此外，數(shù)值模型用于可視化或提取其他需求變量也可以作為輔助決策的工具。
06 討論
這項工作展示了三維水動力仿真模型如何用于研究水電站進(jìn)水口渠道的水力學(xué)問題。ARTELIA的工程師使用三維水動力數(shù)值模型綜合優(yōu)化土木工程成本和最小化發(fā)電廠效率損失的財務(wù)風(fēng)險，并使用了水力比例模型來驗證和改進(jìn)數(shù)值模型的結(jié)果。
07 小結(jié)
本文主要講述了ARTELIA的工程師利用三維水動力仿真對兩個配備漁道的小型水電站項目的入流口渠道的尺寸和形狀進(jìn)行了初步評估。三維水動力模型經(jīng)過河流水位實際測量結(jié)果和ADCP測量結(jié)果的校驗和敏感性分析后，可以很好地模擬出入流口渠道周圍和內(nèi)部的流型和流速的分布。三維水動力數(shù)值模型可以很好地用于篩選入流口渠道尺寸和形狀或其他水利工程結(jié)構(gòu)的最優(yōu)配置，進(jìn)而減少實體比例模型的構(gòu)建和運行成本，提高效率。
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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(biāo)，需要盡可能優(yōu)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(yōu)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(fā)噪聲的來源可分為三大類。螺旋槳噪聲是當(dāng)潛艇航速達(dá)到足以產(chǎn)生空泡時，由潛艇螺旋槳產(chǎn)生的噪聲。水動力噪聲包括潛艇在水中運動產(chǎn)生的各種噪聲源。機械噪聲是由潛艇上的推進(jìn)、操縱和輔助機械產(chǎn)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(biāo)準(zhǔn)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(xué)的 Ffowcs-William 和 Hawkings (FW-H)方程，開發(fā)了一個迭代設(shè)計過程，以降低水動力噪聲水平。利用CAESES軟件創(chuàng)建艇體的參數(shù)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(chuàng)建和利用。潛艇船首的形狀已用下列方程參數(shù)化，該方程創(chuàng)建了一條對稱曲線:
*參數(shù)化的對稱船首
多目標(biāo)優(yōu)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(chǎn)生的噪聲。所選擇的優(yōu)化方法有一個使用 Sobol 算法的 DoE 初始步驟，得到的結(jié)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(biāo)函數(shù)進(jìn)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 圖3 考慮結(jié)構(gòu)全耦合效應(yīng)的計算流程圖
04
結(jié)果與分析
以目前應(yīng)用最為廣泛的半潛式平臺作為衡量基準(zhǔn)，給出了新型浮式平臺和單柱式平臺相對于半潛式平臺在各項指標(biāo)上的優(yōu)化程度(單位：%)，如圖4所示。由圖可知：相較于半潛式平臺，新型浮式平臺能夠在降低結(jié)構(gòu)耗材的前提下同時提升各項水動力性能指標(biāo)的優(yōu)化程度。例如：新型浮式平臺優(yōu)化了半潛式平臺易受波浪載荷影響的缺點，降低了一階波浪力；在保持平動附加質(zhì)量與半潛式平臺較為接近的同時，明顯提高搖動方向附加質(zhì)量；新型浮式平臺各向輻射阻尼均維持在較優(yōu)水準(zhǔn)，提升了垂蕩與縱搖/橫搖輻射阻尼；此外，新型浮式平臺垂蕩、縱搖/橫搖響應(yīng)幅值算子明顯小于另外2種平臺，優(yōu)化了該方向運動響應(yīng)。
單柱式平臺相對于半潛式和本文新平臺的顯著優(yōu)點是對結(jié)構(gòu)耗材量帶來的材料成本優(yōu)勢，但其伴隨而來的運輸成本仍居高不下。更為重要的是，單柱式平臺在多項水動力性能的對比上，優(yōu)化幅度要明顯小于本文提出的新平臺，且對于適用水深的要求也降低了單柱式平臺的適用性。綜上所述，新平臺在經(jīng)濟適用性以及水動力性能多項指標(biāo)均相對2類方案有不同程度的優(yōu)化。
展開 前言
前文已經(jīng)講了如何制作網(wǎng)格文件（.mdf文件），這一博文就講如何建立水動力模型。
Step 1 導(dǎo)出mesh文件
前文制作好的mdf網(wǎng)格文件不可以直接拿來用的，需要先導(dǎo)出成mesh文件，步驟如下三圖：
于是，就可以看到你設(shè)定的文件夾里出現(xiàn)了一個 .mesh 的文件，這個就可以用作建立模型了。
Step 2 設(shè)置模型參數(shù)
首先，選擇【MIKE 21】→【Flow Model FM（.m21fm）】，然后就打開了設(shè)置參數(shù)的界面，如下兩圖：
接下來，設(shè)置一下參數(shù)。
【Domain】，加載mesh文件，其他參數(shù)均保持默認(rèn)。
【Time】，這個需要自己設(shè)置，如下圖：
模擬結(jié)束時間 － 模擬開始時間 = 時間步長 × 時間步數(shù)
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(jù)情況取 60(1分鐘) 或 120(2分鐘) 或 180(3分鐘) 或 240(4分鐘)。
關(guān)于時間步長和時間步數(shù)，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(shù)-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(shè)置就都是水動力模塊的參數(shù)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(rèn)。
Transport equations，傳輸方程，均保持默認(rèn)。
展開 
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水動力優(yōu)化的最新內(nèi)容
關(guān)鍵詞：GROMACS；酒精-水混合物；互溶性；分子動力學(xué)；氫鍵分析
背景介紹
酒精與水的互溶行為在化學(xué)、材料、生物醫(yī)藥等多個領(lǐng)域中具有重要意義。例如，藥物溶液設(shè)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(jié)構(gòu)的深入理解。傳統(tǒng)實驗雖然能觀察到宏觀性質(zhì)變化，但在分子尺度上的機理揭示仍需借助分子動力學(xué)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(wǎng)絡(luò)特征
本案例利用Fluent以美國國防高等研究計劃 署 (DARPA) 的標(biāo)準(zhǔn) SUBOFF 全附體模型 ( 無螺旋槳 )
為研究對象展開靜態(tài)水動力仿真分析，并與相關(guān)實驗數(shù)據(jù)展開對比，發(fā)現(xiàn)計算結(jié)果較為接近。本案例所進(jìn)行的設(shè)置十分簡單。通過此案例后續(xù)可以進(jìn)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(jìn)行更為復(fù)雜的水下航行體水動力仿真計算。
1 workbench 設(shè)置
研究背景與意義
潰壩現(xiàn)象是指大壩或堤壩結(jié)構(gòu)因洪水、地震、人為破壞或結(jié)構(gòu)本身缺陷等原因突然失效，壩內(nèi)水體以劇烈的流態(tài)向下游泄流，往往造成災(zāi)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(yán)重的人員傷亡和財產(chǎn)損失。因此，深入研究潰壩過程中的水動力學(xué)特性，建立精確的數(shù)值模型，對于預(yù)測洪災(zāi)、制定應(yīng)急預(yù)案以及大壩的設(shè)計與安全評估具有重大意義。
隨著CFD的快速發(fā)展，數(shù)值模擬技術(shù)逐漸成為研究潰壩問題的主要手段之一
水動力渦輪機_NACA_4424翼型
Assem1blade622.SLDASM
當(dāng)前，水動力相關(guān)的研究與工程應(yīng)用愈發(fā)依賴先進(jìn)的技術(shù)手段。積鼎水動力仿真軟件，作為一款國產(chǎn)自主可控的專業(yè)且強大的數(shù)值模擬仿真工具，已在眾多領(lǐng)域嶄露頭角。在水利和水務(wù)行業(yè)，積鼎水動力仿真軟件不僅可為水利工程設(shè)計、防洪減災(zāi)、水資源管理等領(lǐng)域提供的技術(shù)支持，更為水務(wù)行業(yè)的精細(xì)化管理帶來高效的解決方案。
積鼎水動力仿真軟件：助力水利水務(wù)行業(yè)設(shè)計及運維
1、高效預(yù)測，防患于未然
洪水、潰壩、泥石流等自然災(zāi)害是水利行業(yè)面臨的重大挑戰(zhàn)之一
一、背景及概念
利用CAESES對船體的水動力性能進(jìn)行優(yōu)化時，首先要提取出與船體幾何變形相關(guān)的設(shè)計變量。在這一過程中，工程師會遇到一個痛點問題：增加設(shè)計變量，能提供更豐富的變形，容易得到更好的船型方案，但是所需仿真計算的方案數(shù)會以指數(shù)關(guān)系增加（推薦方案數(shù)S=2N，N為變量個數(shù)），從而大大提高了計算成本和時間成本。
水動力模型與水文模型是水利工程與水文學(xué)研究中不可或缺的兩大工具。水動力模型著重于流體運動的動力學(xué)機制，通過一系列方程組捕捉水流的時空變化，而概念性水文模型則側(cè)重于流域尺度的水文循環(huán)過程，利用物理概念與經(jīng)驗關(guān)系進(jìn)行近似模擬。兩者相互補充，共同構(gòu)成了現(xiàn)代水文學(xué)與水資源管理領(lǐng)域的核心分析手段。積鼎科技結(jié)合了水文的產(chǎn)流機制和水動力的對流動的準(zhǔn)確計算，創(chuàng)新研發(fā)CFDpro—水文水動力模型，這是一種充分適用于中小流域洪水四預(yù)的基于二維不規(guī)則網(wǎng)格的精細(xì)化產(chǎn)匯流模型
本次培訓(xùn)內(nèi)容涵蓋了：CAESES5.0的界面與基本操作、各種變形方法、CAESES5.0的新功能、CAESES+仿真工具進(jìn)行船體水動力優(yōu)化流程的搭建。培訓(xùn)現(xiàn)場氣氛熱烈，參訓(xùn)人員對CAESES5.0軟件參數(shù)化建模功能的豐富性與實用性給予了高度評價，表示能夠幫助快速上手CAESES5.0軟件，顯著提高工作效率。
軟件更多詳細(xì)介紹，請點擊“CAESES——全參數(shù)化建模及優(yōu)化軟件”，前往查閱。
為普及和推廣云原生水動力仿真軟件的使用，讓更多用戶體驗云端水動力仿真軟件的簡單易用性，并通過不確定性分析技術(shù)強化水利領(lǐng)域數(shù)字孿生能力，遠(yuǎn)算科技在11月24日成功舉辦“格物云CAE水動力仿真線下培訓(xùn)”。
此次培訓(xùn)內(nèi)容基于遠(yuǎn)算科技自主研發(fā)的國產(chǎn)可控仿真云平臺——格物云CAE，通過格物云CAE軟件一維、二維水動力模塊，以水利數(shù)字孿生真實案例作為切入點，幫助學(xué)員短時間快速了解格物云
ARTELIA的工程師使用三維水動力數(shù)值模型綜合優(yōu)化土木工程成本和最小化發(fā)電廠效率損失的財務(wù)風(fēng)險，并使用了水力比例模型來驗證和改進(jìn)數(shù)值模型的結(jié)果。
07 小結(jié)
本文主要講述了ARTELIA的工程師利用三維水動力仿真對兩個配備漁道的小型水電站項目的入流口渠道的尺寸和形狀進(jìn)行了初步評估。
