https://blog.hantaotao.top/tag/CFD/ https://blog.hantaotao.top/archives/150/ 2024-09-01T12:18:00+08:00 一、计算说明基于CFD仿真实现AUV等航行器在计算舵角下自航的回转半径计算；前置条件是计算得到AUV期望航速下匀速航行的航行阻力。二、方法总结1、全局动网格的实现，计算域不用画太大，适当包裹住AUV即可；2、物理模型中需要额外增加单元质量校正（提高网格质量）、重力（实现回转运动需要）和虚拟盘体（模拟螺旋桨推力），需要注意的是这是隐式非稳态的计算；3、虚拟盘体的设置中需要指定虚拟盘的的参数，及工作点输入选项、推力等；4、计算域条件进口、上下面及侧扫边界条件设置为速度进口，并且指定为velocity的场函数，出口为压力出口，pressure outlet；5、选择DFBI运动形式，并且指定给计算域；6、在DFBI设定中指定相关参数即可，需要注意的是可以先允许一个自由度，速度稳定之后，再打开别的自由度。三、计算过程（以D180为计算对象）3.1 模型准备、计算域生成在SW中进行模型准备，建议新建立一个坐标系，并将坐标系原点位于质心处，并记录质量与相对于质心的惯性矩。若不新建坐标系，也需要知道坐标系在模型中的位置。新建背景域，并进行布尔运算，得到需要的计算域，之后将计算域分配到区域。3.2 计算域边界条件指定AUV表面为壁面类型，并指定剪切应力指定为无滑移，以更好模拟实际情况。除出口为压力出口（Pressure outlet），其它皆为速度进口，并将速度设置为分量，并指定为长函数“速度（velocity）”,目的是为了实现AUV的自航运动，实现整个计算域的整体移动。3.3 物理模型选择参考如下：非稳态计算；由于是自航运动，需要添加重力，后续还需要设置惯性矩；为模拟螺旋桨推力，添加虚拟盘体物理模型。需要设置虚拟盘体相关参数：需要在工具中添加表，以指定所模拟螺旋桨的性能参数，如进速系数等；盘体几何需要设置，尤其是原点域法向坐标系，根据实际情况而来即可；推力需要设置，很关键，这直接关系到，盘体所产生的推力大小。参考值需要设置：参考高度、重力等参数。3.4 网格生成网格生成器的选定：可选择切割体网格生成器与棱柱层网格生成器；可在AUV周围设定一个加密区域，需要注意的是为了捕捉尾流，在AUV尾巴处可延长一定加密区域；同理，为捕捉AUV尾流，在进行体加密时可选择各向异性尺寸，加密尾流区域；在AUV表面进行加密；并生成棱柱层网格，并控制计算域边界不生成棱柱层网格；此外，网格生成遵循逐层加密原则，网格尺寸过度不易过大，可提高计算精度与收敛性。3.5 DFBI运动指定在工具-运动中添加DFBI旋转和平移，并指定给计算域（在物理值，运动指定中选择DFBI旋转和平移）；在新生成的DFBI节点新建连续体，并选择AUV，并进行相关物理参数设置，如质量、质心、惯性矩等；为将虚拟盘体生成的推力与AUV关联起来，需要在DFBI的外力与外力矩中新建虚拟盘体力；为使得计算增加收敛性，可设置释放时间与缓冲时间，释放时间设置目的是留出一定时间让流场流动初始化，一般设置为10-50个时间布长；缓冲时间的目的是按时间比例缓慢施加外力与外力矩，以减少冲击效应，值一般设置为释放时间的10倍。3.6 轨迹绘图在报告节点，新建6自由度体平移与6自由度体速度；根据报告节点的体平移，绘制轨迹绘图，例如AUV在XY平面内运动，则可以使绘图X轴为体平移X，Y轴为体平移Y，并设置数据序列仅现实体平移Y；回转运动计算准确时应该为一个圆形，需要设置绘图的现实比例为1：1;通过监测6自由度体速度，可以观测AUV在回转过程中的速度变化。3.6 速度场景新建标量场景，指定为场函数速度，选择合适的衍生零部件，即可获取AUV的运动中速度绘图，可制作动画等。四、计算结果4.1 回转半径4.2 速度场景