小船阻力仿真的案例
案例分享 | 利用MSC Cradle 實(shí)施鈍頭船的阻力仿真以及節(jié)能附加裝置效果的仿真驗(yàn)證
仿真目的
從船舶的推進(jìn)性能以及節(jié)能出發(fā)，最近積極開(kāi)發(fā)的節(jié)能附加裝置研究中，模型船的水槽實(shí)驗(yàn)起到了重要的作用。本研究中，利用CFD 仿真，以船尾縱向渦旋（對(duì)預(yù)測(cè)推進(jìn)性能有重要意義）顯著出現(xiàn)的鈍頭船為對(duì)象，利用SC/Tetra 進(jìn)行水槽實(shí)驗(yàn)拖曳狀態(tài)的仿真。在這個(gè)基礎(chǔ)上，進(jìn)一步利用重合網(wǎng)格的功能，考察了節(jié)能附加裝置對(duì)削減阻力的效果。
starccm無(wú)人機(jī)生阻力系數(shù)仿真計(jì)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(shù)</p><p><img src="https://img.jishulink.com/msimage/202410/a329ca794f04f2133cf8b52b02db80fc.png"></p><p>圖12? 升力系數(shù)設(shè)置</p><p>升力系數(shù)收斂曲線，最終系數(shù)為10.74</p><p><img src="https://img.jishulink.com/msimage/202410/76ea70ee4141ae8ececb18cff485b521.png"></p><p>圖13? 升力系數(shù)收斂曲線</p><p>4.5? 阻力系數(shù)</p><p>設(shè)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(shù)設(shè)置</p><p>阻力系數(shù)為2.89</p><p><img src="https://img.jishulink.com/msimage/202410/4b56de3deafa123d16760ac97cddb38e.png"></p><h1>圖15? 阻力系數(shù)收斂曲線</h1><p><br></p>
展開(kāi) 自主仿真|基于PERA SIM Fluid的高速列車氣動(dòng)阻力分析
摘要：本文以高速列車車頭和單組車身模型為研究對(duì)象，使用安世亞太自主研發(fā)的通用流體仿真軟件PERA SIM Fluid進(jìn)行建模和仿真，研究其明線運(yùn)行時(shí)的氣動(dòng)特性，并與成熟商用CFD軟件對(duì)比，驗(yàn)證了PERA SIM Fluid的高精度和可靠性。
關(guān)鍵詞：高速列車；氣動(dòng)特性；PERA SIM Fluid
0 引 言
列車氣動(dòng)阻力與列車速度二次方成正比，隨著列車運(yùn)行速度的提高，氣動(dòng)阻力在總阻力中的占比增加，當(dāng)列車時(shí)速超過(guò)250公里時(shí)，氣動(dòng)阻力占總阻力的75%~80%，同時(shí)氣動(dòng)阻力特性關(guān)系到列車節(jié)能環(huán)保能力，還是選擇合理配置牽引動(dòng)力裝置的基本參數(shù)之一。
氣動(dòng)阻力由壓差阻力和摩擦阻力組成，摩擦阻力是指列車運(yùn)行時(shí)黏性切應(yīng)力沿列車運(yùn)動(dòng)反方向形成的合力；壓差阻力是指列車表面壓力沿列車運(yùn)行反方向形成的合力。
列車相關(guān)阻力的計(jì)算，一直以來(lái)人們都沿用“戴維斯公式”：
式中：R為總阻力；V為相對(duì)靜止空氣的速度；A為滾動(dòng)機(jī)械阻力；B1為其他機(jī)械阻力；B2為空氣動(dòng)量阻力；最后一項(xiàng)為列車所受外部氣動(dòng)阻力，系數(shù)C的計(jì)算公式為：
式中：ρ為空氣密度；S為列車迎風(fēng)面積；Cd為阻力系數(shù)。
通過(guò)數(shù)值模擬方法可以計(jì)算出列車所受的空氣阻力Fd，基于上述參數(shù)可得阻力系數(shù)的計(jì)算公式：
本文采用安世亞太自主研發(fā)的通用流體仿真軟件PERA SIM Fluid對(duì)列車單組車廂的氣動(dòng)性能進(jìn)行了仿真分析。
1.
展開(kāi) 自主CAE | 基于PERA SIM Fluid的船體靜水阻力仿真
表1 阻力值對(duì)比
結(jié)論
利用PERA SIM Fluid軟件的VOF模型，對(duì)船體的興波特性和行駛阻力進(jìn)行了仿真，實(shí)現(xiàn)了從幾何模型處理、網(wǎng)格劃分、物理模型和邊界條件設(shè)定、求解及計(jì)算結(jié)果處理的完整分析流程，驗(yàn)證了軟件對(duì)多相流問(wèn)題的解算能力；與成熟CFD軟件進(jìn)行了結(jié)果對(duì)比，流場(chǎng)分布趨勢(shì)保持一致，總阻力偏差為5.72%，對(duì)于復(fù)雜模型的復(fù)雜物理場(chǎng)，具有較高的計(jì)算準(zhǔn)確性。
作者：安世亞太工程師 王鑫鑫
案例 | 基于CFD仿真的潛航器不同航行狀態(tài)下阻力特性模擬與評(píng)估
水下航行器在航行時(shí)，會(huì)受到水流的阻力，其在航行過(guò)程中的阻力性能會(huì)影響其快速性, 水下航行器的快速性是評(píng)價(jià)其綜合航行性能的一項(xiàng)重要戰(zhàn)術(shù)技術(shù)指標(biāo)。隨著各種反潛設(shè)備的發(fā)展，水下航行器的航行安全問(wèn)題不容忽視，提高航行器的快速性已經(jīng)成為各國(guó)重要的軍事研究課題，因而對(duì)其阻力的預(yù)報(bào)精度也有了更高的要求，suboff潛艇作為一種常見(jiàn)的水下航行器模型，曾在國(guó)際上被各大海洋強(qiáng)國(guó)進(jìn)行充分的實(shí)驗(yàn)與數(shù)值模擬研究，本文以suboff模型對(duì)水下航行器阻力計(jì)算展開(kāi)介紹。
2、計(jì)算方法
2.1幾何模型
在本研究中，在數(shù)值模擬中主要考慮的模型為全附體 SUBOFF 模型（配置8）[1]。設(shè)計(jì)的 CAD 模型的尺寸如圖1所示。SUBOFF 模型是一個(gè)軸對(duì)稱船體，總長(zhǎng)度為 4.356 m，等直段最大直徑 D 為 0.508 m。SUBOFF 型號(hào)在船體上方有一個(gè)艦橋，其前緣位于距船頭 0.924 米（1.820D）處，后緣距離 1.293 米（2.545D），因此艦橋的總長(zhǎng)度為 0.368 米（0.724D）。船尾有四個(gè)相同的附件，呈“十”字形布置（垂直和水平控制平面）。
圖 1 具有完全附體suboff潛艇模型/側(cè)視圖（左）和正視圖（右）
2.2 數(shù)值方法
在本研究中，數(shù)值模擬的湍流雷諾數(shù)均在107以上，采用了RANS方程求解，其以笛卡爾張量形式書寫的連續(xù)性和動(dòng)量方程分別如下：
其中，ρ 是體積分?jǐn)?shù)平均密度；u 是流動(dòng)速度，可以分解為均值 和波動(dòng)分量u’；p 是壓力項(xiàng)；μ 是動(dòng)力粘度。
方程（2）中的最后一項(xiàng)表示湍流的影響，稱為雷諾應(yīng)力。基于 Boussinesq 假說(shuō) [2] 的雷諾應(yīng)力與平均速度梯度相關(guān)，能夠以如下公式給出：
其中，μt表示湍流粘度，k表示動(dòng)能，在湍流求解時(shí)，需選擇合適的湍流模型，以構(gòu)建μt和k相關(guān)的湍流封閉方程。
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