勢流
關注創建者：銀時大魔王 創建時間：2016-12-07
勢流的視頻教程
勢流的實例教程
勢流科技LS-DYNA中文基礎培訓教材
2、水用勢流單元，體積模量2.56GPa。
3、水缸和勢流單元節點位置協調，但并不共用節點（即一個位置兩個節點，分屬流體和水缸壁面）。兩者的流固耦合界面程序自動生成，也可以人工設置。
4、水缸和磚柱為接觸，節點不一致，摩擦系數0.5，柱子頂面為target。
5、用正弦位移波做激勵，計算了6秒，300個子步，每個子步0.02。結構部分的相對剛度很大，考慮重力作用的重啟動分析意義不大，因此直接開算，同時考慮重力。
計算心得：
1、曾經看到壇子里面有壇友提過：勢流分析時，流固兩種界面節點要連續。我覺得那是不妥的，那樣流體和結構壁面的平動自由度將完全協調，壁面上的液體是無法沿著壁面切向“滑動”的，這和實際不符合，可參考附圖。翻閱了理論手冊，手冊用了“compatible”一詞，有些含糊。我的理解應該是采用“同位流固節點”，而不是“連續流固節點”。
2、當流體和結構壁面的網格節點不同位時，程序形成的耦合界面將會“缺漏”，液體會出現穿透結構壁面的剛體運動。此時人工定義流固耦合界面也沒用，這和CFD FSI界面是不一樣的，幫助文件用了“all must be compatible”對此進行界定約束。
3、勢流單元因無粘性考慮，加之其為無旋流體，和FSI的穩流、湍流模型有差異，但是對儲液容器這類問題應該還是有很大適應性的。
4、如果考慮流體作用和容器的剛度匹配，可以通過流固耦合再現“象足效應”。
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展開 2、水用勢流單元，體積模量2.56GPa。
3、水缸和勢流單元節點位置協調，但并不共用節點（即一個位置兩個節點，分屬流體和水缸壁面）。兩者的流固耦合界面程序自動生成，也可以人工設置。
4、水缸和磚柱為接觸，節點不一致，摩擦系數0.5，柱子頂面為target。
5、用正弦位移波做激勵，計算了6秒，300個子步，每個子步0.02。結構部分的相對剛度很大，考慮重力作用的重啟動分析意義不大，因此直接開算，同時考慮重力。
計算心得：
1、曾經看到壇子里面有壇友提過：勢流分析時，流固兩種界面節點要連續。我覺得那是不妥的，那樣流體和結構壁面的平動自由度將完全協調，壁面上的液體是無法沿著壁面切向“滑動”的，這和實際不符合，可參考附圖。翻閱了理論手冊，手冊用了“compatible”一詞，有些含糊。我的理解應該是采用“同位流固節點”，而不是“連續流固節點”。
2、當流體和結構壁面的網格節點不同位時，程序形成的耦合界面將會“缺漏”，液體會出現穿透結構壁面的剛體運動。此時人工定義流固耦合界面也沒用，這和CFD FSI界面是不一樣的，幫助文件用了“all must be compatible”對此進行界定約束。2 q6 w3 E% a" l
3、勢流單元因無粘性考慮，加之其為無旋流體，和FSI的穩流、湍流模型有差異，但是對儲液容器這類問題應該還是有很大適應性的。
4、如果考慮流體作用和容器的剛度匹配，可以通過流固耦合再現“象足效應”。
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展開 數模分析計算波浪阻力是一個基于勢流理論的平均漂移力，作為拖船選取的理論依據是可行的，但瞬時的波浪力有可能很大，要注意一些異常波浪對船和平臺的破壞，并特別注意自振周期.
2.1 CFD數值計算模型
計算步驟如下：
(1) 平臺模型按照縮尺比1∶1繪制，忽略物理模型主甲板以上組件，忽略平臺艏部、尾部存在的三樁腿開口，如圖2所示.
(2) 計算域長330 m、寬300 m、高50 m, 如圖3所示.
(3) 網格選用切割體網格單元，平臺濕表面選用面加密，平臺周圍流場采用雙層加密，并針對水體自由表面(根據不同波浪，加密范圍略有不同)和淺水水底進行單獨加密，網格總數約為316×104/485×104,如圖4所示.
(4) 湍流模型為k-ε RANS模型.
(5) 時間步長為10 ms, 內部迭代數為5.
表6所示為CFD計算結果.
圖2 數值計算模型-平臺模型
圖3 數值計算模型-計算域
圖4 CFD數值計算模型-網格
表6 CFD計算平臺在靜水和波浪中的總阻力結果統計值
2.2 勢流數值計算模型
圖5～7所示為勢流計算的模型、流體域和網格.
圖5 勢流數值計算模型(平臺模型)
圖6 勢流數值計算模型(流體域)
圖7 勢流數值計算模型(網格)
計算步驟如下：
(1) 平臺模型按照縮尺比1∶1繪制，忽略物理模型主甲板以上組件，忽略平臺艏部、尾部存在的三樁腿開口.
(2) 流體域長400 m、寬400 m、水深15 m.
(3) 網格最大尺寸為1 m, 允許的誤差大小為0.5 m, 最大計算頻率為0.545 Hz, 網格總數為 24 945.
(4) 不規則波浪采用P-M波譜.
(5) 時間步長為0.1 s.
展開 技術特色
具備高度可擴展性，提供了豐富的參數設置和接口，方便用戶對整個求解過程進行控制，并自動生成報告方便用戶分析：
STL幾何處理和清理接口
自動報告尾跡形態、壓力分布、尾跡流場、軸向速度云圖等
MPI 并行計算
遠程計算接口
XPAN三維船體的非線性勢流計算器，可以計算船體周圍流場的波浪阻力等特性（勢流面元方法、線性或非線性自由液面邊界條件、第一或高階面元和奇異性分布、非升力勢流或升力勢流、計算波，波阻，升力，誘導阻力，淺水下沉量、縱傾和壓力分布）
XBOUND薄湍流邊界層計算程序(薄邊界層方法、動量積分方程、小型橫流逼近、層流和湍流、過渡計算）
重疊網格RANS求解器，能處理復雜的重疊網格拓撲結構（比如舵、艉軸架、軸等），算法特色包括：RANS方法、完全耦合、K-ωSST和顯式代數應力模型（EASM）、有限體積格式、淹沒邊界技術重構體網格、典型執行時間為5-15小時
典型應用
船前體波形優化（Forebody optimisation by wave pattern analysis）
球鼻船首形狀優化（Bulb shape optimisation by wave pattern analysis）
基于尾跡質量評價的船尾優化Aftbody optimisation by wake quality assessment
船首尾優化（Trim optimisation）
船配置優化（雙體船、三體船）
數值涂料試驗（Numerical paint tests - potential and limiting streamline tracing）
聲吶導流罩位置優化（Optimum positioning of sonar dome from
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勢流的最新內容
A.面元法的原理
面元法（Panel Method）是一種基于勢流理論的數值計算方法，主要用于求解物體在無粘、不可壓縮、無旋流動中的氣動特性。其核心思想是將物體表面離散為若干小單元（即“面元”），并在每個面元上分布奇點（如源、偶極子等），通過滿足邊界條件（如物面不可穿透條件）求解奇點強度，最終得到流場速度勢、壓力分布和氣動力。
Weissinger （1947） 是第一個使用數字勢流來計算翅膀周圍的流動。勢流方程是徑向基功能。Hardy （1971） 意識到相同的概念可以用于 將地球物理數據與地球物理現象擬合。掃帚頭和洛 （1988） 將這項技術重命名為“神經網絡”，隨后被使用 來近似所有類型的行為。
此時流體假定不可壓、無粘，可以用勢流理論的邊界元表示流體，然后流體的作用等效為虛擬質量加到結構質量上，而流體對結構的剛度陣的影響忽略，至于和上面的氣彈性或者水彈性的邊界元+結構有限元的方法的不同，有可能僅在耦合邊界的處理上，這邊只有單向的流體對結構的壓力傳遞，而上面的是雙向的，僅猜測，不一定對。這種方法雖然理論上不如上面的流固雙向耦合精確，但流體只要建一層邊界就行，所以工程上相對更實用。
水動力載荷的分析則主要基于三維勢流理論,采用海洋工程領域常用的水動力分析軟件求解浮體水動力系數,進而進行時域水動力分析。由于三維勢流理論無法考慮浮體的黏性效應,軟件采用Morison方程的拖曳項模擬浮式風力機的黏性阻尼。
浮式風力機系統結構形式復雜,既包括了葉片、塔柱和傳動軸等柔性構件,又包括了機艙和浮式基礎等剛性結構。因此,不同數值仿真軟件對于浮式風力機系統結構動力學模型的建立區別較大。
圖5 勢流數值計算模型(平臺模型)
圖6 勢流數值計算模型(流體域)
圖7 勢流數值計算模型(網格)
計算步驟如下：
(1) 平臺模型按照縮尺比1∶1繪制，忽略物理模型主甲板以上組件，忽略平臺艏部、尾部存在的三樁腿開口.
(2) 流體域長400 m、寬400 m、水深15 m.
1 計算理論
1.1 三維勢流理論
假設流體無黏性、無旋且不可壓縮，則可以引入速度勢φ(x,y,z,t)來描述流場運動[14]。
該最佳環量分布始于Goldstein[7]因成功、精確地求解Betz基于勢流升力線理論而提出的最佳環量分布條件問題。螺旋槳的性能與徑向環量分布有關，吳家鳴等[8]的研究表明，Goldstein最佳環量分布不適用于導管螺旋槳。導管螺旋槳的水動力性模擬精度較普通螺旋槳低。
關鍵詞：非對稱半潛式起重平臺；勢流理論；系泊系統；懸鏈松弛度
0 引言
半潛式平臺擁有優良的運動性能，在海上石油勘探、開采方面得到了廣泛的應用[1–2]，半潛式起重支持平臺在海上石油開發過程中有著不可替代的作用[3]。
本文研究的新型半潛式起重平臺（非對稱）（見圖1），與傳統的半潛平臺結構上有很大區別。
計算域及網格劃分
勢流計算域取船首向前0.5Lpp，船尾向后1.1Lpp，船寬方向1.05Lpp，Lpp為船長。以medium的網格尺寸生成船體和自由液面網格，總的面網格數為6 723，計算域和所生成網格如圖5所示。
其中包含：
1）上部風機：通過FAST建立基于葉素動量定理的氣動模型、基于獨立變槳的伺服控制模型以及基于Kane方程的多體動力學模型；
2）浮式平臺：通過AQWA建立基于Morison方程與勢流理論的水動力模型以及基于集中質量法的動態系泊模型；
3）結構耦合：通過AQWA中的動態鏈接庫對 FAST 進行調用，進行數據交換。
