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+的船体周围流体流动数值分析及验证结果

In this paper,numerical analyses of fluid flow around the ship hulls such as Series 60,the Kriso Container Ship(KCS),and catamaran advancing in calm water,are presented.A commercial computational fluid dynamic(CFD)code,STAR-CCM+is used to analyze total resistance,sinkage,trim,wave profile,and wave pattern for a range of Froude numbers.The governing RANS equations of fluid flow are discretized using the finite volume method(FVM),and the pressure-velocity coupling equations are solved using the SIMPLE(semi-implicit method for pressure linked equations)algorithm.Volume of fluid(VOF)method is employed to capture the interface between air and water phases.A fine discretization is performed in between these two phases to get a higher mesh resolution.The fluid-structure interaction(FSI)is modeled with the dynamic fluid-body interaction(DFBI)module within the STAR-CCM+.The numerical results are verified using the results available in the literatures.Grid convergence studies are also carried out to determine the dependence of results on the grid quality.In comparison to previous findings,the current CFD analysis shows the satisfactory results.

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+的发动机冷却系统仿真分析

为了分析发动机的冷却系统的运行性能,以某船用发动机为研究对象,根据其发动机的具体参数,建立了冷却系统的CFD模型,利用STAR-CCM+软件得到了冷却系统的相关参数温度曲线变化情况,从而改变了发动机的温度场分布、降低了温度梯度、满足了不同部位的要求、提高了发动机的可靠性,同时为发动机冷却系统的改进与设计等提供参考。 。

基于Star-CCM+的滑翔器入水动力学特性研究

为了研究滑翔器入水动力学特性的影响,文中基于STAR-CCM+,并结合网格重构技术、重叠网格技术、VOF界面捕捉技术等建立了三维水下滑翔器入水数值计算模型,模拟了滑翔器入水全过程特性,并分析了其位移、速度、流场等物理量的影响。模拟结果显示:所建立的数值模型能较精确地模拟滑翔器入水动力学特性问题,为滑翔器入水问题提供技术支持。

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。

鼎形浮式防波堤消浪性能研究

为进一步提高矩形浮式防波堤消浪性能,设计一种鼎形浮式防波堤,基于STAR-CCM+软件建立二维数值模型,分析3种潮位下吃水深度、弧墙高度和弧墙角度对该结构消浪性能的影响。研究结果表明:与矩形方箱浮式防波堤相比,鼎形浮式防波堤可有效提升消浪性能;该结构透射系数随着吃水深度、弧墙高度和弧墙角度的增加而减小;反射系数随着吃水深度和弧墙高度的增加而增大,弧墙角度对浮堤的反射系数影响不明显;透射系数随着相对宽度的增加总体呈下降趋势,反射系数随着相对宽度的增加总体呈上升趋势。在研究的波浪要素条件下,当结构参数设置为吃水深度0.2 m、弧墙高度0.05 m、弧墙角度54°时,透射系数、反射系数分别达到0.11、0.61,此时为最优参数设置,浮堤的消浪性能最好。

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+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。