基于STAR-CCM+的海上风电运维母船水动力性能分析

船舶阻力直接影响船舶的快速性,船舶耐波性直接影响船舶的舒适性,因此需要对二者进行计算分析。本文选取两艘海上风电运维母船作为研究对象,使用STAR-CCM+软件,基于重叠网格和VOF方法建立数值模型,计算船型的静水阻力和在规则波下的运动响应,与物理模型试验结果对比,对船舶的水动力性能做出预报。将两船型的水动力性能进行对比,分析两船型的性能优劣,为运维母船的船型选择提供参考。

基于STAR-CCM+仿真软件的双体船水动力性能分析

以某双体船为研究对象,基于STAR-CCM+仿真软件,按网格无关性验证和时间步长无关性验证的要求,对双船体船静水阻力进行数值方法验证,证明数值计算结果的准确性。对不同片体间距、不同片体形态和不同斜向航行角度等工况进行数值计算,分析双体船水动力性能。计算结果表明:在双体船直航时,在片体间距比为0.2、弗劳德数为0.4的工况条件下,与同一航速的其他工况条件相比静水具有明显的骤升现象,且总阻力系数达最大值14.56×10^(-3);在片体外旋转2°时,与其他旋转角度相比阻力值最小。研究发现,无论是在直航还是斜向航行的情况下,双体船的总阻力系数均呈现先升后降的趋势,说明该船型在处于高速航行状态时具有一定的优越性。

基于STAR-CCM+的深远海网箱结构设计与分析研究

为解决网箱传统养殖方式养殖密度高、水产品质量差等问题,设计了深远海网箱养殖平台。采用STAR-CCM+对网箱进行耦合分析,选择合适的松弛因子和库朗数来定义求解器,进行相应网箱物理模型设置。分析数据来源于嵊泗海域设置的临时观测点,利用潮流观测技术统计潮汐特征值。4个潮位观测点从表层到底层划分为6个观测层,分别进行大小潮期间实测最大流速统计,运用潮位潮流和余流分析法对数据进行合理分析,取站位完善数据进行网箱的水动力分析。结果显示在常规工况1.0 m/s、1.2 m/s和风暴工况2.0 m/s的流速下网箱结构均能满足设计要求。研究得出的结论能有效提高养殖海域的面积和水产品的质量,同时对其它类型的养殖装备也具有一定的参考意义。

基于STAR-CCM+的淋胶管淋胶均匀性研究

淋胶管是聚氨酯泡沫合成轨枕生产中的关键部件,其主要作用是将树脂淋胶到纱线上,淋胶管淋胶越均匀,产品成型质量越好。基于流体仿真软件——STAR-CCM+,研究了淋胶管各结构参数对淋胶均匀性的影响。结果表明:中间管内径越大,淋胶小孔处壁厚越厚,淋胶小孔孔径越小、数量越少,淋胶均匀性越好;而淋胶管入口内径对淋胶均匀性影响甚微。基于该研究结果,对淋胶管进行结构优化,优化后的淋胶管淋胶均匀性相比原结构具有明显改善,淋胶均匀性由71.9%提高到96.6%。该研究结果对于聚氨酯泡沫合成轨枕的实际生产及其他类似的淋胶管设计及应用都具有重要的参考价值。

基于STAR-CCM+的进气道优化设计

为提高进气道设计效率,缩短开发时间,基于STAR-CCM+的进气道优化设计方法,建立汽油机进气道稳态参数化模型,利用STAR-CCM+Design Manager中的Sherpa优化算法进行目标为y滚流比和进入燃烧室的新鲜空气质量流量最大化的多目标优化。仿真结果表明:y滚流比和进入燃烧室的新鲜空气质量流量之间存在明显的trade-off竞争关系;与基准设计相比,最优设计的y滚流比提升了15.6%,进入缸内的空气质量流量提升了22.3%。该研究方法可以实现快速自动化的汽油机进气道优化设计,减少设计周期,提高设计效率。

基于STAR-CCM+的小型无人双体船水动力性能分析

[目的]旨在系统性研究小型无人双体船的水动力性能。[方法]基于STAR-CCM+数值仿真软件,数值模拟小型无人双体船在不同弗劳德数Fr下静水状态和自航状态时的水动力性能。仿真选用非稳态RANSE模型,使用动态流体相互作用(DFBI)模型和重叠网格功能模拟双体船的纵倾与垂荡,并采用体积力法代替推进器的作用。使用摩擦阻力系数经验公式验证小型无人双体船在静水状态下的仿真结果,同时将自航试验结果与自航状态下的仿真结果进行对比以验证仿真结果的准确性。[结果]结果表明,当推进器转速为3000 r/min时,小型无人双体船在自航状态下的总阻力与静水航状态下的相差21.099%;在不同的推进器转速下,小型无人双体船在自航状态下的推力仿真值与试验值间的相对误差均小于10%。[结论]仿真值与试验值的对比验证了仿真的可靠性,采用体积力法研究的船体在自航状态下的水动力性能与静水状态下的差异较大,所用数值方法可为进一步预报双体船的水动力性能提供参考。

基于Star-CCM+二次开发的飞机外流场数值模拟

为了在飞机气动外形设计中获得较为理想的气动性能,必须经过多次的几何建模、模型优化、网格划分、CFD流场数值模拟以及数据采集与分析等过程,其过程耗时耗力且易出错。以DLR-F6翼身组合体为例,基于Star-CCM+软件对飞机外流场数值模拟流程进行二次开发,并给出了部分功能的关键代码。二次开发程序包括以下主要功能:模型导入以及几何处理、网格划分、物理模型选择、边界条件设置、监测点以及监测面设置、计算参数设置以及计算结果查看等等。研究结果表明,使用Star-CCM+二次开发的方法可使飞机外流场的数值模拟按照规范而简单的流程进行,实现一键设置,提高飞机外流场数值模拟的工作效率,保证计算精度以及迭代计算结果的一致性,避免了模拟过程中的遗漏或错误。

“华龙一号”非能动安全壳热量导出系统程序与STAR-CCM+程序耦合计算方法

为更好地对“华龙一号”(Hua-long pressurized reactor 1000,HPR1000)非能动安全壳热量导出系统(passive containment heat removal system,PCS)周围的流场和浓度场进行分析,针对HPR1000 PCS基于漂移流模型开发了一套一维自然循环瞬态计算程序,并将该系统程序与STAR-CCM+程序开展耦合计算研究。PCS程序读取来自STAR-CCM+程序计算的温度、压力及气体组分参数开展计算,并将PCS传热管温度作为返回值传递给STAR-CCM+程序,通过在PCS传热管壁面附近第一层网格内设置冷凝通量的方法将PCS冷凝量及冷凝对应能量从系统中移除。研究结果表明,采用经过验证的PCS程序和耦合计算方法对PCS空间进行计算分析,可以有效控制空间内的温度和压力,PCS周围形成明显的温度和浓度梯度。本研究建立的PCS程序与STAR-CCM+程序耦合计算方法能够用于后续HPR1000及华龙后续机型的PCS研究。

基于STAR-CCM+多边形网格的垂直轴风机的仿真分析

目前主流的风力发电机以水平轴式为主,除此以外还存在一种垂直轴风机,其与水平轴相比在某些方面有着一定的优势,然而垂直轴风机领域的研究还较少,技术及理论都不够成熟,使得垂直轴风机一直得不到较好的应用。为了得到一种更具实用价值的垂直轴风力发电机,本文以传统的H型垂直轴风机为基础进行改进,添加了辅助电机和电磁锁等结构,解决了H型垂直轴风机的自启问题。同时,为了将风机的发电功率最大化,需要得到风机在各风速工况下的最佳转速,使用STAR-CCM+的多边形网格,并引入k-ε湍流模型进行垂直轴风力发电机流场仿真模拟。通过改变环境风速和风机转速,对比不同工况下的发电功率,找到各环境风速下的最佳的风机转速。仿真结果表明,当风机转速是当前环境风速的2.5倍时,风机的发电功率最大。

基于Star-CCM+的滑行艇水动力性能模拟计算

为研究滑行艇在波浪运动中的水动力性能,基于STAR-CCM+软件平台,使用VOF方法,结合RNG k?ε模型,通过求解Navier-Stokes方程,对水面滑行艇的直航运动进行数值模拟,得出滑行艇阻力随航速的变化情况及其升沉和纵摇随频率和波长变化的一般规律。将软件模拟值与船模试验值进行比较。研究结果表明:在STAR-CCM+平台上模拟水面滑行艇直航运动水动力性能具有可行性和准确性。

基于STAR-CCM+的某渔船阻力预报与球艏参数敏感性分析

应用雷诺平均纳维-斯托克斯(RANS)法,对某远洋渔船进行数值计算,分析研究不同湍流模型对数值计算的影响,与船模试验值进行比较,选择合适的湍流模型,验证了STAR CCM+软件的可靠性。在此基础上,对该渔船球艏最前点高度和首垂线处球鼻横剖面最大宽度进行参数变化敏感性分析,分析改型模型阻力及流场变化情况。结果表明:在设计航速时,SST k-ω模型为较佳模型;首垂线处球鼻横剖面最大宽度变化对总阻力影响较小,球艏最前点高度增加能有效地降低阻力,当二者组合作用时,阻力能够得到较好改善。

基于STAR-CCM+的帆板帆翼空气动力性能数值模拟

利用计算流体力学软件STAR-CCM+对奥运会比赛用帆板及帆船帆翼的空气动力性能进行了数值模拟,得到了不同攻角下的帆翼在粘性流场下的数值模拟结果和相应的升力系数及阻力系数。对不同攻角下的升力系数和阻力系数计算结果与实验结果进行了对比,通过比较可以看出利用STAR-CCM+软件能够快速有效地预报帆翼空气动力性能和流场。

基于STAR-CCM+的简单流体模型CFD研究

计算流体力学(Computational Fluid Dynamics,简称CFD)是20世纪60年代起伴随计算机技术迅速崛起的学科。经过半个世纪的迅猛发展,这门学科己相当成熟,各种CFD通用性软件包陆续出现,成为商品化软件,为工业界广泛接受,性能日趋完善,应用范围不断扩大。至今,CFD技术的应用早己超越传统的流体力学和流体工程的范畴,如航空、航天、船舶、动力、水利等,而扩展到化工、核能、冶金、建筑、环境等许多相关领域中去了。STAR-CCM+作为其中杰出的一员,以其简易的操作界面,强大的网格生成技术,最新的数值算法而引领着CFD软件的潮流。STAR-CCM+采用了服务用户的系统,能够实时监控计算中的结果数据(矢量、标量及统计结果图表),工程师还可将任意分析参数(流量、力、温度等)作为计算收敛条件来使用,STAR-CCM+紧扣10亿左右网格的大规模分析为目标,不仅在解算器方面,而且在前后处理器方面也实现了并行化,用户只需在界面上指定机器名和CPU数,就可以全面实现并行处理。

基于STAR-CCM+对5415船模的阻力预报

以5415船模为研究对象,介绍了STAR-CCM+对5415船模的数值仿真过程,对该船模的阻力、升沉及横倾角进行了数值计算,并与现有的试验值进行对比,验证了STAR-CCM+对该船型在静水运动中数值模拟的有效性;研究表明:总阻力系数、剩余阻力系数都是随Fr增大而增大,当Fr<0.35时,增长缓慢,当Fr>0.35时,增长迅速;同时在Fr=0.35时,横倾角发生了显著的变化,Fr=0.35是该船模静水阻力性能发生变化的分界点。

基于STAR-CCM+的潜艇周围复杂流场数值模拟

为研究潜艇周围复杂的流场分布,本文基于STAR-CCM+软件平台,结合SST k-?模型,通过求解Navier-Stokes方程,分别对均匀来流以及非均匀来流这两种来流方式下潜艇做直航运动以及斜航运动这四种工况下的周围流场进行数值模拟.首先计算了均匀来流下潜艇做直航运动时不同航速下的阻力以及表面不同位置处压力系数及摩擦阻力系数分布,与实验结果符合良好.接下来对四种工况下潜艇周围流场中的漩涡分布,尤其对位于指挥台围壳与尾翼这些附体附近区域的漩涡分布进行了分析,同时还计算了非均匀来流情况不同速度分布形式下潜艇的受力以及力矩,为潜艇平台回收AUV时路线选择提供参考.

基于STAR-CCM+的IGBT散热翅片结构设计研究

IGBT元件作为电机控制器的核心元件,其散热性能将直接影响到控制器的稳定性。根据一种IGBT元件的散热要求,在常规矩形散热器的基础上设计了底为3 mm,高为1 mm的等腰三角形散热器和上底为1 mm,下底为3 mm,高为1 mm的等腰梯形散热器。分别对3种散热器的IGBT模块进行了三维建模和理论结温计算,并利用计算流体力学分析软件STAR-CCM+对3种IGBT模块在不同翅片高度、翅片厚度及翅片间距下进行了数值模拟。通过分析IGBT模块的温度场和矢量场,结果表明:仿真结果与理论计算结果误差均在5%左右;且3种散热器下的IGBT模块在翅片高度为34 mm、翅片厚度为2.8 mm以及翅片间距为2.8 mm时,其散热性能能够达到最优。

基于STAR-CCM+的发动机冷却风扇CFD仿真分析

为了分析发动机冷却风扇的运行性能,对其进行了仿真分析。先将实体模型导入Hypermesh中划分面网格,再导入STAR-CCM+中生成体网格;然后建立风扇的CFD模型并进行仿真分析,对该风扇的流场和压力场进行了模拟,得到了流量和噪声的影响因素,同时验证了CFD仿真分析的可靠性。

基于STAR-CCM+的双体船阻力预报

研究船舶的快速性和阻力性能对船型设计和优化有重要意义。本文以1艘海洋多功能双体船为研究对象,使用CFD软件STAR-CCM+计算双体船在静水航行中的阻力以及不同工况下的波浪增阻,并和二因次换算法、三因次换算法的计算结果进行对比,分析总阻力系数和航速之间的关系以及波浪增阻随波长的关系,得出双体船在航速为20kn时的总阻力系数达到峰值以及在λ/L=1.25时的波浪增阻系数达到峰值。计算表明,使用STARCCM+软件对双体船快速性和阻力性能的预报,具有计算速度快、精度高的优点,可以在对双体船阻力估算中推广应用。

基于STAR-CCM+小型通机消声器的优化

针对小型通机(DY4500链锯)消声器背压和噪声值较大的问题,利用CATIA和Hyper Mesh进行物理模型的建立及表面处理,并且通过STAR-CCM+软件在给定边界条件下得出其速度场、温度场和压力场,经过对消声器进行的流场分析和结构优化,可降低排气系统背压,提高发动机的动力性,经台架试验验证,优化方案达到了预期效果。该模拟仿真分析方法提高了消声器使用性能,同时缩短了其设计周期。

基于STAR-CCM+汽车散热器的换热分析及结构优化

以汽车发动机冷却水箱C207散热器为研究对象,基于计算流体力学软件STAR-CCM+对散热器进行流固耦合模态分析,运用线性回归分析方法确定冷却液参数数据的回归模型,并导入自定义场函数中,采用标准K-Epsilon湍流模型分析冷却液在散热器水道内的温度、压力以及速度变化情况.为了提高散热器的换热效率,对散热片结构进行改善和优化,最终得到较好的换热效果.