水動(dòng)力性能分析的案例
基于改進(jìn)體積力法的導(dǎo)管螺旋槳水動(dòng)力性能數(shù)值研究
2 傳統(tǒng)螺旋槳體積力法原理與失真分析
2.1傳統(tǒng)螺旋槳體積力法原理
傳統(tǒng)的螺旋槳體積力法是指目前使用最普遍的以Goldstein最佳分布為分布模型的描述型體積力法，亦即經(jīng)典的H-O模型[7]，本文稱“Goldstein分布”方法。
該體積力沿圓柱形虛擬盤軸向均勻分布，徑向分布遵循Goldstein最優(yōu)化分布：
其中：
以上式中：，分別為體積力的軸向分量與切向分量；r為徑向坐標(biāo)；為槳轂半徑；梢圓半徑；Δ為虛擬盤厚度；T，Q分別為螺旋槳的推力和扭矩。
2.2敞水性能模擬失真分析
對(duì)No.19A導(dǎo)管搭配Goldstein分布型螺旋槳的體積力模型（以下簡稱“導(dǎo)管+G”）進(jìn)行數(shù)值模擬，探究該模型對(duì)導(dǎo)管螺旋槳敞水性能的數(shù)值模擬精度以及適用性。仿真場景如圖4所示，體積力源分布于導(dǎo)管內(nèi)部以模擬實(shí)體螺旋槳的水動(dòng)力效應(yīng)。仿真中，敞水性能曲線取Ka4-70單槳敞水曲線值，進(jìn)速系數(shù)J取導(dǎo)管螺旋槳設(shè)計(jì)區(qū)間0.1～0.7，螺旋槳體積力模型轉(zhuǎn)速n恒為1500r/min。導(dǎo)管+G的敞水性能曲線仿真結(jié)果如圖5（a）所示。圖中，KTPG和KTDG分別為槳推力系數(shù)及導(dǎo)管推力系數(shù)，KTP0和KTD0為相應(yīng)的試驗(yàn)值[17]。
由圖5（a）可見，槳推力系數(shù)與試驗(yàn)值的變化趨勢(shì)一致，平均相對(duì)誤差為?8%；而導(dǎo)管推力系數(shù)與試驗(yàn)值的變化趨勢(shì)則相去甚遠(yuǎn)，平均相對(duì)誤差在50%以上。為了探究導(dǎo)管推力仿真值精度較低的原因，對(duì)導(dǎo)管的受力進(jìn)行了分析。導(dǎo)管流場和導(dǎo)管切面的受力分析如圖6所示。圖中，和分別為翼型升力與阻力，F(xiàn)為合力。No.19A導(dǎo)管屬加速型導(dǎo)管，可使流入槳盤的水流加速，從而形成導(dǎo)管內(nèi)部流速相對(duì)較高、導(dǎo)管外部流速相對(duì)較低的流場特征。在導(dǎo)管和螺旋槳的共同作用下，導(dǎo)管切面的來流速度如圖6（b）所示。
展開 【數(shù)值模擬】基于改進(jìn)體積力法的導(dǎo)管螺旋槳水動(dòng)力性能
表 1 導(dǎo)管螺旋槳推力計(jì)算方法驗(yàn)證
04 計(jì)算結(jié)果與分析
（1）基于改進(jìn)體積力法的導(dǎo)管螺旋槳敞水水動(dòng)力性能
使用經(jīng)流量修正和分布修正的改進(jìn)螺旋槳體積力模型對(duì) No.19A+Ka4-70 導(dǎo)管螺旋槳進(jìn)行敞水水動(dòng)力性能數(shù)值模擬。總覽圖 6，發(fā)現(xiàn)經(jīng)流量修正的均布形式的改進(jìn)體積力法和經(jīng)流量修正的分布 2 形式的改進(jìn)體積力法所得導(dǎo)管螺旋槳的各參數(shù)皆與試驗(yàn)值吻合較好。
圖 6 基于改進(jìn)體積力法的導(dǎo)管螺旋槳敞水性能曲線對(duì)比
（2）基于改進(jìn)體積力法的艇?導(dǎo)管螺旋槳耦合水動(dòng)力性能
將導(dǎo)管螺旋槳體積力模型與實(shí)體導(dǎo)管螺旋槳模型搭配回轉(zhuǎn)體后的仿真值進(jìn)行了對(duì)比，以進(jìn)一步研究艇后改進(jìn)體積力法1和改進(jìn)體積力法2的適用性。
展開 學(xué)術(shù)論文|面向深遠(yuǎn)海的新型海上風(fēng)力機(jī)浮式平臺(tái)水動(dòng)力性能研究
本文全耦合數(shù)值分析方法基于FAST源代碼和AQWA內(nèi)置的動(dòng)態(tài)鏈接庫(user_force.dll)實(shí)現(xiàn)。其中包含：
1）上部風(fēng)機(jī)：通過FAST建立基于葉素動(dòng)量定理的氣動(dòng)模型、基于獨(dú)立變槳的伺服控制模型以及基于Kane方程的多體動(dòng)力學(xué)模型；
2）浮式平臺(tái)：通過AQWA建立基于Morison方程與勢(shì)流理論的水動(dòng)力模型以及基于集中質(zhì)量法的動(dòng)態(tài)系泊模型；
3）結(jié)構(gòu)耦合：通過AQWA中的動(dòng)態(tài)鏈接庫對(duì) FAST 進(jìn)行調(diào)用，進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。計(jì)算流程圖如圖3所示。
圖3 考慮結(jié)構(gòu)全耦合效應(yīng)的計(jì)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(tái)作為衡量基準(zhǔn)，給出了新型浮式平臺(tái)和單柱式平臺(tái)相對(duì)于半潛式平臺(tái)在各項(xiàng)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(tái)，新型浮式平臺(tái)能夠在降低結(jié)構(gòu)耗材的前提下同時(shí)提升各項(xiàng)水動(dòng)力性能指標(biāo)的優(yōu)化程度。例如：新型浮式平臺(tái)優(yōu)化了半潛式平臺(tái)易受波浪載荷影響的缺點(diǎn)，降低了一階波浪力；在保持平動(dòng)附加質(zhì)量與半潛式平臺(tái)較為接近的同時(shí)，明顯提高搖動(dòng)方向附加質(zhì)量；新型浮式平臺(tái)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(tái)垂蕩、縱搖/橫搖響應(yīng)幅值算子明顯小于另外2種平臺(tái)，優(yōu)化了該方向運(yùn)動(dòng)響應(yīng)。
展開 船舶快速性、水動(dòng)力學(xué)分析Shipflow介紹
Shipflow是一款性能優(yōu)越的船舶流體力學(xué)分析專用軟件（數(shù)字化船模水池），適于民船和軍船的各種水動(dòng)力特性研究，能夠分析波浪模式、空間流線和波浪增阻、航行下沉和縱傾、粘性阻力、興波阻力、誘導(dǎo)阻力、升力以及螺旋漿效率等船體特性參數(shù)。
產(chǎn)品概述
Shipflow最初由瑞典的SSPA 公司和 Chalmers 科技大學(xué)在80年代聯(lián)合研制并推出，是針對(duì)船體和潛水器流體動(dòng)力學(xué)數(shù)值模擬的專用軟件。經(jīng)過20多年的發(fā)展，在全世界擁有眾多的客戶群，為船舶流體力學(xué)研究提供了可靠、便利的工具。 Shipflow 相當(dāng)于數(shù)字化的船模水池，適于進(jìn)行民船和軍船的各種水動(dòng)力特性研究。 Shipflow 模擬可以給出波浪模式、壓力分布、速度矢量、空間流線和波浪增阻、航行下沉和縱傾、粘性阻力、興波阻力、誘導(dǎo)阻力、升力以及螺旋漿效率等船體特性參數(shù)。通過結(jié)合具體船型進(jìn)行船舶流場特性預(yù)報(bào)，比較不同線型方案的性能優(yōu)劣，提高船舶設(shè)計(jì)質(zhì)量，縮短設(shè)計(jì)周期降低設(shè)計(jì)成本，發(fā)揮設(shè)計(jì)人員的創(chuàng)造性，加速產(chǎn)品更新?lián)Q代。
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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
摘 要:［目的］旋轉(zhuǎn)空化器是通過高速旋轉(zhuǎn)的葉片在水中產(chǎn)生超空泡來滿足不同工程實(shí)際應(yīng)用需求，有必要對(duì)葉片形狀進(jìn)行改良設(shè)計(jì)以提高其工作性能，探究葉型改良對(duì)空化器水動(dòng)力學(xué)特性的影響。［方法］首先，針對(duì)旋轉(zhuǎn)空化器楔形葉片的原始葉型進(jìn)行改良設(shè)計(jì)，建立葉片改型前、后旋轉(zhuǎn)空化器的三維幾何模型；然后，基于 ANSYS Fluent 軟件對(duì)原始葉型和改良葉型空化器在不同轉(zhuǎn)速下的自然空化流場開展數(shù)值仿真計(jì)算；最后，根據(jù)計(jì)算結(jié)果對(duì)二者的水動(dòng)力學(xué)特性進(jìn)行對(duì)比分析。［結(jié)果］結(jié)果顯示，相比原始葉型，改良葉型產(chǎn)生的空泡除存在于葉片出口邊外，還可以存在于副進(jìn)口邊，這兩部分的空泡會(huì)隨著轉(zhuǎn)速的升高而逐漸連接成一個(gè)整體，因而改良葉型空化器產(chǎn)生的空泡尺寸更大，產(chǎn)生的自然空化更強(qiáng)；改良葉型在葉根處產(chǎn)生的空化效應(yīng)較強(qiáng)，而原始葉型在葉尖處產(chǎn)生的空化效應(yīng)更強(qiáng)；當(dāng)轉(zhuǎn)速較高時(shí)，改良葉型產(chǎn)生的空泡會(huì)與旋轉(zhuǎn)空化器裝置的四周壁面接觸，導(dǎo)致空泡尾部形態(tài)沿半徑呈直線型變化。［結(jié)論］所做研究可為旋轉(zhuǎn)空化器的設(shè)計(jì)和應(yīng)用提供重要參考。
關(guān)鍵詞：旋轉(zhuǎn)空化器；水動(dòng)力學(xué)特性；改良葉型；自然空化；數(shù)值模擬
0 引 言
空化現(xiàn)象最早發(fā)現(xiàn)于船舶螺旋槳上，由該現(xiàn)象所帶來的噪聲、振動(dòng)和空蝕破壞等負(fù)面影響對(duì)船舶性能提出了巨大挑戰(zhàn)[1]，如何使空化現(xiàn)象穩(wěn)定可控，已成為眾多學(xué)者關(guān)注的問題。根據(jù)伯努利方程，當(dāng)物體在水下以足夠高的速度運(yùn)動(dòng)時(shí)，其周圍流體的局部壓力會(huì)下降，當(dāng)降至飽和蒸汽壓以下后，流體會(huì)發(fā)生汽化從而產(chǎn)生空化。隨著物體速度的進(jìn)一步增大，空化區(qū)域（空泡）將擴(kuò)大從而形成包裹物體的超空泡[2]。
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Shipflow是一款性能優(yōu)越的船舶流體力學(xué)分析專用軟件（數(shù)字化船模水池），適于民船和軍船的各種水動(dòng)力特性研究，能夠分析波浪模式、空間流線和波浪增阻、航行下沉和縱傾、粘性阻力、興波阻力、誘導(dǎo)阻力、升力以及螺旋漿效率等船體特性參數(shù)。
產(chǎn)品概述
Shipflow最初由瑞典的SSPA 公司和 Chalmers 科技大學(xué)在80年代聯(lián)合研制并推出，是針對(duì)船體和潛水器流體動(dòng)力學(xué)數(shù)值模擬的專用軟件。經(jīng)過20多年的發(fā)展，在全世界擁有眾多的客戶群，為船舶流體力學(xué)研究提供了可靠、便利的工具。 Shipflow 相當(dāng)于數(shù)字化的船模水池，適于進(jìn)行民船和軍船的各種水動(dòng)力特性研究。 Shipflow 模擬可以給出波浪模式、壓力分布、速度矢量、空間流線和波浪增阻、航行下沉和縱傾、粘性阻力、興波阻力、誘導(dǎo)阻力、升力以及螺旋漿效率等船體特性參數(shù)。通過結(jié)合具體船型進(jìn)行船舶流場特性預(yù)報(bào)，比較不同線型方案的性能優(yōu)劣，提高船舶設(shè)計(jì)質(zhì)量，縮短設(shè)計(jì)周期降低設(shè)計(jì)成本，發(fā)揮設(shè)計(jì)人員的創(chuàng)造性，加速產(chǎn)品更新?lián)Q代。
展開 地鐵拖車動(dòng)力學(xué)性能分析.kdh
地鐵拖車動(dòng)力學(xué)性能分析.kdh
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輕型純電動(dòng)商用車動(dòng)力電池冷卻性能分析
由圖1所示，經(jīng)過計(jì)算流體力學(xué)(CFD)分析后確定下來的強(qiáng)制冷卻方式為:風(fēng)道入口布置在車廂內(nèi)第三排座椅下，通過冷卻風(fēng)道引入電池后箱，靠近后箱進(jìn)口處電池通過引風(fēng)板迫使氣流下行，后箱再通過8個(gè)膠管與前箱相連，熱空氣由布置在發(fā)動(dòng)機(jī)艙的鼓風(fēng)機(jī)通過4個(gè)膠管從前箱抽出來，排入到大氣中。自然冷卻方式是取消電池冷卻風(fēng)道、鼓風(fēng)機(jī)，后箱入口、前箱出氣口封堵，電池箱內(nèi)結(jié)構(gòu)和強(qiáng)制冷卻相同。
3電池冷卻性能分析
3.1性能設(shè)計(jì)目標(biāo)
動(dòng)力電池的冷卻性能的好壞，直接影響電池的效率，同時(shí)也會(huì)影響到電池壽命和使用安全。根據(jù)電池不同溫度下循環(huán)壽命次數(shù)、和該車型動(dòng)力電池質(zhì)保要求，該車型磷酸鐵鋰電池冷卻必須滿足如下性能目標(biāo):
(1)各工況下，電池最高溫度Tmax＜55℃;
(2)各工況下，電池單體之間的溫差△T≤7℃。
3.2冷卻性能考核工況和要求
3.2.1工況確定原則
無論是電池哪種冷卻方式，都必須通過車輛相關(guān)的試驗(yàn)驗(yàn)證，這就涉及到評(píng)價(jià)準(zhǔn)則、試驗(yàn)規(guī)范和要求。目前，國內(nèi)尚無較成熟的純電動(dòng)車動(dòng)力電池的整車?yán)鋮s性能試驗(yàn)工況和方法。在設(shè)計(jì)試驗(yàn)工況時(shí)，既需考慮電池充放電時(shí)的發(fā)熱特性，即滿足電池充放電狀態(tài)下的工作狀態(tài)，則應(yīng)選擇整車電能消耗最大的工況進(jìn)行考核;且同時(shí)充分考慮該車型目標(biāo)市場需求(國內(nèi)城市物流車、通勤車、園區(qū)短駁車、公務(wù)用車)。根據(jù)上述原則，性能試驗(yàn)工況設(shè)計(jì)成由單一試驗(yàn)工況和順序試驗(yàn)工況組成。試驗(yàn)條件要求環(huán)境溫度38℃，濕度40－50%，光照1000W/K.m2，如路試，要求光照充足，平直路面，風(fēng)速小于10km/h。
展開 解析 | 混合動(dòng)力汽車NVH 性能分析研究
摘要：本文結(jié)合混合動(dòng)力汽車的結(jié)構(gòu)形式、整車控制方法及系統(tǒng)行駛工況對(duì)NVH性能的影響，以某車型為例對(duì)汽車ＮＶＨ 性能的測試、數(shù)據(jù)分析及性能改進(jìn)進(jìn)行了研究分析。
關(guān)鍵詞：
NVH混合動(dòng)力
1 混合動(dòng)力汽車NVH 特性分析
混合動(dòng)力汽車因其結(jié)構(gòu)較傳統(tǒng)車復(fù)雜，混合動(dòng)力汽車具有傳統(tǒng)汽車的NVH問題，同時(shí)因?yàn)殡妱?dòng)機(jī)及其他電器附件的加入，還產(chǎn)生與傳統(tǒng)汽車不同的NVH問題。
1.1 混合動(dòng)力汽車硬件結(jié)構(gòu)及軟件控制對(duì)整車NVH性能的影響
混合動(dòng)力汽車的主要硬件架構(gòu)包括發(fā)動(dòng)機(jī)、電動(dòng)機(jī)及動(dòng)力電池。因?yàn)槠溆邪l(fā)動(dòng)機(jī)，傳統(tǒng)汽車的NVH問題在混合動(dòng)力汽車中同樣存在。混合動(dòng)力汽車將電機(jī)引入了動(dòng)力系統(tǒng)，電機(jī)本體的嘯叫及電機(jī)高速運(yùn)轉(zhuǎn)帶來的齒輪嘯叫成為混合動(dòng)力汽車的主要NVH問題之一；傳統(tǒng)汽車的附件在混合動(dòng)力汽車中需要相應(yīng)電機(jī)驅(qū)動(dòng)，例如電動(dòng)空調(diào)、電動(dòng)制動(dòng)助力系統(tǒng)等，由電器附件產(chǎn)生的噪聲也是混合動(dòng)力汽車NVH性能的主要問題之一。
混合動(dòng)力車型控制程序主要分為整車控制、發(fā)動(dòng)機(jī)控制、電機(jī)控制、電池管理系統(tǒng)等，整車控制標(biāo)定對(duì)NVH性能影響比傳統(tǒng)車大很多，其標(biāo)定過程應(yīng)考慮整車NVH性能。如發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)矩控制、電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)矩控制，動(dòng)力電池冷卻風(fēng)扇的轉(zhuǎn)速控制，在滿足動(dòng)力性及熱平衡基礎(chǔ)上，同事要兼顧其帶來的NVH問題。
展開 【直播】行業(yè)頂級(jí)專家?guī)泶芭c海洋工程水動(dòng)力分析
ANSYS AQWA作為ANSYS船舶與海洋工程行業(yè)專用仿真工具，用于計(jì)算船舶與海洋工程水動(dòng)力學(xué)性能問題功能完備。可滿足桅、桁、EPSOs、TLPs、半潛水系統(tǒng)、停泊系統(tǒng)、救生系統(tǒng)等各種海面浮動(dòng)結(jié)構(gòu)的水動(dòng)力學(xué)設(shè)計(jì)、分析需求。目前，AQWA已經(jīng)整合到ANSYS Workbench平臺(tái)，用戶可以在workbench中建模、分網(wǎng)、求解與后處理。這種整合一方面使得水動(dòng)力計(jì)算與結(jié)構(gòu)計(jì)算可以在統(tǒng)一界面中完成，另一方面也可以實(shí)現(xiàn)不同求解器之間結(jié)果數(shù)據(jù)傳遞與模型信息繼承與共享。
課程內(nèi)容
本場直播共分3講，行業(yè)頂級(jí)專家，傾情奉獻(xiàn)，干貨多多，重點(diǎn)是免費(fèi)，免費(fèi)，免費(fèi)！
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AQWA軟件入門與提高
第一講：目前主流商業(yè)水動(dòng)力計(jì)算軟件情況介紹；
直播時(shí)間：7月4日 19:00
WAMIT、AQWA、MOSES、Orcaflex以及其他軟件的介紹，包括主要應(yīng)用領(lǐng)域、功能、軟件優(yōu)劣勢(shì)等
第二講：經(jīng)典AQWA建模；
直播時(shí)間：7月11日 19:00
主要介紹通過經(jīng)典ANSYS APDL建模和通過經(jīng)典AQWA的Line plan功能建立船體模型。
第三講：經(jīng)典AQWA水動(dòng)力計(jì)算；
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介紹通過經(jīng)典AQWA進(jìn)行浮體水動(dòng)力計(jì)算的流程，阻尼修正、結(jié)果查看與后處理。
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船舶與海洋工程水動(dòng)力分析
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ANSYS AQWA作為ANSYS船舶與海洋工程行業(yè)專用仿真工具，用于計(jì)算船舶與海洋工程水動(dòng)力學(xué)性能問題功能完備。可滿足桅、桁、EPSOs、TLPs、半潛水系統(tǒng)、停泊系統(tǒng)、救生系統(tǒng)等各種海面浮動(dòng)結(jié)構(gòu)的水動(dòng)力學(xué)設(shè)計(jì)、分析需求。目前，AQWA已經(jīng)整合到ANSYS Workbench平臺(tái)，用戶可以在workbench中建模、分網(wǎng)、求解與后處理。這種整合一方面使得水動(dòng)力計(jì)算與結(jié)構(gòu)計(jì)算可以在統(tǒng)一界面中完成，另一方面也可以實(shí)現(xiàn)不同求解器之間結(jié)果數(shù)據(jù)傳遞與模型信息繼承與共享。
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【視頻教程】海工教程系列之AQWA入門-海洋工程水動(dòng)力學(xué)分析第二講-第一章
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講師：Nutshell
擅長領(lǐng)域：水動(dòng)力 系泊定位 運(yùn)動(dòng)分析 安裝分析 立管分析 模型試驗(yàn)等
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基于模板技術(shù)構(gòu)建船舶螺旋槳設(shè)計(jì)平臺(tái)
5 初步應(yīng)用
本文將以DTRC4119螺旋槳為例測試平臺(tái)系統(tǒng)的合理性、可用性和可靠性，建立槳型生成、性能計(jì)算和結(jié)構(gòu)分析模板庫，并生成設(shè)計(jì)流程管理系統(tǒng)。其中，集成的工具和開發(fā)的模板庫如表1、表2所示，系統(tǒng)主界面和主流程如圖7和圖8所示。
表1 集成工具列表
表2 模板庫列表
圖7 系統(tǒng)主界面
圖8 系統(tǒng)主流程
以其中的水動(dòng)力分析（圖9、圖10）為例進(jìn)行闡述。通過理論方法建立型值表，然后通過CATIA進(jìn)行三維幾何模型的建立、網(wǎng)格劃分、水動(dòng)力分析和結(jié)果文件輸出等，以實(shí)現(xiàn)其設(shè)計(jì)分析功能。
圖9 幾何模型的建立
圖10 網(wǎng)格和水動(dòng)力結(jié)果
6 結(jié)語
通過運(yùn)用模板技術(shù)創(chuàng)建螺旋槳設(shè)計(jì)平臺(tái)，改進(jìn)了建模方式，提高了數(shù)據(jù)流處理的效率，實(shí)現(xiàn)了知識(shí)的管理和多學(xué)科關(guān)聯(lián)設(shè)計(jì)。螺旋槳設(shè)計(jì)平臺(tái)涉及理論設(shè)計(jì)方法、螺旋槳三維建模、CFD分析方法和有限元法的強(qiáng)度分析等多種設(shè)計(jì)分析手段。在理論設(shè)計(jì)方法中，可為升力線、升力面及面元法的核心計(jì)算程序提供簡易、直觀的前處理界面，保證了螺旋槳理論設(shè)計(jì)方法的準(zhǔn)確性、便捷性，使得螺旋槳專業(yè)工程人員能夠高效地研發(fā)出優(yōu)良的螺旋槳。在螺旋槳三維建模及CFD分析方法中，通過SYSWARE集成工具軟件CATIA，ICEM和FLUENT，可實(shí)現(xiàn)螺旋槳實(shí)體模型的快速構(gòu)建，創(chuàng)建出符合流體分析工程需要的優(yōu)良網(wǎng)格模型，求解出螺旋槳的敞水性能并得到槳葉所受到的水動(dòng)力載荷分布。在使用有限元法的強(qiáng)度校核分析中，得到了高質(zhì)量槳葉有限元網(wǎng)格模型，開發(fā)出了螺旋槳槳葉表面節(jié)點(diǎn)信息提取程序以及槳葉水動(dòng)力載荷插值有限元單元節(jié)點(diǎn)計(jì)算程序，突破了水動(dòng)力載荷向有限元節(jié)點(diǎn)傳遞的信息壁壘。
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