培訓篇之PumpLinx船體水動力流場分析案例詳解

2017-07-24 by:CAE仿真在線來源:互聯網

先來了解下PumpLinx的文件構成吧。需要的趕緊進入下載鏈接吧:

http://pan.baidu.com/s/1slprgT3

PumpLinx Demo文件說明

培訓篇之PumpLinx船體水動力流場分析Pumplinx旋轉機構有限元分析圖片1

1.船體幾何模型導入

? 在CAD軟件中將船體的模型以stl格式導出,本案例中即為deck面、hull和transform面。如果從CAD模型中導出的是一個整體,可以劃分為deck面和hull面。

?運行PumpLinx軟件,新建一個工程文件,界面如下:

培訓篇之PumpLinx船體水動力流場分析Pumplinx旋轉機構有限元分析圖片2

?選擇界面左邊的Mesh窗口命令(一共4個窗口選項,分別是Mesh,Model,Simulation和Result,分別代表各個步驟)。

?選擇Import/Export Geometry or Grid命令,點擊Import Surface From STLTriangulation File,選擇deck.stl、transom.stl和hull.stl文件,如圖所示:

2. 生成網格

? 在Mesh窗口下,選擇Marine Template Mesher命令。

? 設置Hull Type為Displacement,其中該選項下Planing指快艇類的船型,Dispalcement指集裝箱類的大船;

? Analysis Type保持Resistance/Powering設置不變;

? Mesh Size可以保持Normal不變,或設置為Fine,也可設置User Defined進行自定義設置,本案例可設置為Fine;

? 點開Domain Size左邊的小三角,設置Size Reference為Maximum Dimension,設置船體模擬的外流域參數如下:

Front 0.5 表示船體外域在船頭方向往前延伸0.5倍船長

Back 1.5 表示船體外域在船尾方向往后延伸1.5倍船長

Side 1 表示船體外域在船側方向往船身外側延伸1倍船長

Depth 0.8表示船體外域在船體下沉方向延伸0.8倍船長

Up 0.2 表示船體外域在船體上方方向延伸0.2倍船長

Half Domain yes 表示半船模型

? 設置Max Pitch Angle即最大俯仰角為2度(大船);(小船10度)

? 設置Max Heave及最大下沉量為1m;

? 在Geometric Entities窗口下,選擇hull面和transform面;在Properties窗口下,點擊Hull右側的 + ,同理選擇deck面,將deck面添加;

設置船體的上浮方向為(0,0,1);

? 設置船體前進方向為(1,0,0);

? 設置船體重心坐標為(2.985,0.002,-0.111);

? 設置水線位置為0.111。注意水線位置是相對于船體重心獲得的,不是相對于原點獲得的;0.111表示水線在重心上方0.111m處。

? 最終參數設置如下:

? 在Properties窗口下,點擊Build Marine Template Mesher命令。

?在Geometric Entities窗口會出現Volumns/marine選項,即新生成的網格模型。總網格數量約為135萬(如硬件條件允許,可以適當加密網格),部分網格截圖如下:

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點開marine左邊的小三角,在boundaries下面合并hull面和subfeatures面,隨后點擊save命令選擇保存路徑進行模型保存。注意船頭部分應盡量避免出現subfeatures選項。

3.模型設置及求解

?點擊Model窗口,由于采用marine模板進行的網格劃分,此時PumpLinx在Model窗口下已經自動調用:

Marine 船舶模板

Flow/Multiphase and Turbulence VOF多相流和湍流模型

Translation(1DOF)marineHeave 1平動自由度,計算船體的下沉量變化模板

Rotation(1DOF)marinePitch 1轉動自由度,計算船體俯仰角度變化的模板。

培訓篇之PumpLinx船體水動力流場分析Pumplinx旋轉機構有限元分析圖片9

在Model窗口下,點擊Marine,在Properties窗口下設置Dynamic Option為Pitch/Heave,表示既要計算下沉方向的運動,又要計算俯仰方向的運動情況。如果只需計算其中一種自由度情況或只考慮靜水情況,則可根據分析需求分別選擇Pitch Only/Heave Only/No Dynamics;

?設置Propulsion Option為Prescribed Profile,設置Target Velocity為2m/s,即目標速度;設置Ramp Up Time為2s,即加速時間為2s;

注釋:另外兩種設置

?方法一:也可設置Propulsion Option為Veclocity Profile,設置Velocity Profile為一定值或是隨時間變化的曲線;

?方法二:也可設置Propulsion Option為Propulsion Source即添加動力源模型,設置Propulsion Source為Force Vector/Propeller Model;

?以Force Vector為例,Propulsion ID為動力源數量,Position表示動力源位置坐標,Direction表示作用方向,Force Expression表示力的分布;

?以Propeller Model為例,Propulsion ID為動力源數量,Position為螺旋槳中心位置,Direction為作用方向,Propeller Model可設置為Hough-OrdwayModel/Uniform Thrust Model;

─ 以Hough-Ordway Model為例,Propeller Diameter為螺旋槳直徑,Hub Diameter為螺旋槳軸徑,Hub Thickness為螺旋槳軸向高度,PropellerDirection設置為Right-handed即右手法則,Propeller RPM為螺旋槳轉速,Kt Curve為推力系數曲線,Kq為轉矩系數曲線。

─ 以Uniform Thrust Model(均勻推力模型)為例,Propeller Diameter為螺旋槳直徑,Hub Diameter為螺旋槳軸徑,Hub Thickness為螺旋槳軸向高度,Propeller RPM為螺旋槳轉速,Kt Curve為推力系數曲線。

?設置Body Mass為1648.42370284735kg,注意此處應為整船的質量;

?設置Moment of Inertia即轉動慣量為6134.9871kg.m2;

?設置Fluid Property如下:

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?完成上述設置后,在Simulation窗口下,設置CFD模擬參數如下:

?其中模擬時間為35s,時間步數為3325,迭代步數為25,保存頻率為5,點擊start即可啟動計算。

? 注意:如果要查看具體的模型設置,可將Marine設置為Advance mode查看相關的參數設置。

4.計算結果查看

?云圖顯示。在Geometric Entities窗口的Volumns部分,選擇需要查看的流體域,在Results窗口下,選擇對應的變量即可顯示云圖(如壓力、速度、水體積分數、渦量等)。

?查看整船云圖。

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?船體阻力、下沉量、俯仰角查看。

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?如需查看具體的阻力、下沉量、俯仰角數據或需要對結果數據進行再處理,可以通過copy date命令將數據直接粘貼至Excel或其他數據處理軟件。

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?創建截面云圖。在Geometric Entities窗口下,點擊Create a Cross-Section命令,在窗口下方新增Derived Surfaces選項,選擇新創建的截面,可通過拖動滑塊或設置截面位置的方式確定某一截面位置。

?動畫制作。在瞬態計算開始前,設置保存頻率為5,即每隔5時間步保存一個結果,當計算完成后,在當前目錄下則會存儲多個結果文件。在模型顯示區域,將三維顯示效果調至最佳位置,然后在Flie下面選擇Save animation,彈出對話框,選擇對應的所有結果文件,然后點擊“打開”,在給定該動畫的名稱,點擊保存即可生成后綴為.gif的動畫文件。