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两种通用CFD软件求解器的对比研究
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作者 赵博文 张大朋 严谨 《机电工程技术》 2023年第6期122-129,共8页
国产软件的自主开发与创新对发展我国信息技术产业至关重要。选取行业内两种主流的通用CFD软件求解器FLUENT和STAR-CCM+,广泛地对比了两种不同求解器在经典流体力学领域、传热领域、航空航天领域、船舶与海洋工程领域上的计算情况,分析... 国产软件的自主开发与创新对发展我国信息技术产业至关重要。选取行业内两种主流的通用CFD软件求解器FLUENT和STAR-CCM+,广泛地对比了两种不同求解器在经典流体力学领域、传热领域、航空航天领域、船舶与海洋工程领域上的计算情况,分析了两种求解器对同一模型的计算差异。研究表明,两种求解器对流动方程及能量方程的计算已十分成熟,具有极高的准确性。随着模型复杂程度的不断增加,两种求解器的计算差异也随之增大。由STAR-CCM+生成网格,导入到FLUENT中进行求解,能够实现两种软件的有机结合,发挥各自的长处。得到结论:国产软件可以针对某一特定领域,将其在该领域内的功能发挥到最大。在该领域采用模板式的参数设置,不仅可以降低软件使用者的学习成本,还能提高该软件的可靠度。 展开更多
关键词 国产软件 自主开发 cfd 求解器
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大型通用CFD软件体系结构与数据结构研究 被引量:19
2
作者 赫新 张来平 +1 位作者 赵钟 邓小刚 《空气动力学学报》 EI CSCD 北大核心 2012年第5期557-565,共9页
针对大型通用CFD软件研制的需求,从新一代结构/非结构混合流场解算器的研制出发,着重研究了大型CFD软件的体系结构和数据结构。首先,针对未来计算流体力学对大型通用CFD软件的需求进行了分析,对软件研制中将要面对的各种计算网格、物理... 针对大型通用CFD软件研制的需求,从新一代结构/非结构混合流场解算器的研制出发,着重研究了大型CFD软件的体系结构和数据结构。首先,针对未来计算流体力学对大型通用CFD软件的需求进行了分析,对软件研制中将要面对的各种计算网格、物理模型、计算方法以及未来多学科耦合计算的发展趋势进行了充分的需求评估。在此基础上,提出了采用面向对象软件设计技术、进行大型CFD软件体系结构和数据结构设计的方法,包括软件的整体架构、层次结构等,其间提出了运行数据库的概念。最后,研制了基于结构/非结构网格的结构/非结构混合解算器(HyperFlow),并通过典型算例对软件进行了验证,同时推广应用于不可压缩非定常流计算、高阶精度DG/FV混合算法等领域,表明本文提出的CFD软件体系结构和数据结构具有良好的通用性和可扩展性。 展开更多
关键词 混合解算器 HyperFlow cfd软件 面向对象cfd软件
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战术导弹CFD软件求解器开发与应用 被引量:4
3
作者 李斌 《战术导弹技术》 2009年第2期32-35,92,共5页
介绍了战术导弹CFD软件求解器MISSsolver.该求解器采用有限体积法离散求解任意坐标系下的Eul-er/N-S方程,获得绕导弹的复杂流场和全弹/部件的气动特性;采用多块结构网格技术,并包含多种时间、空间差分格式,提高数值模拟的范围与精度;具... 介绍了战术导弹CFD软件求解器MISSsolver.该求解器采用有限体积法离散求解任意坐标系下的Eul-er/N-S方程,获得绕导弹的复杂流场和全弹/部件的气动特性;采用多块结构网格技术,并包含多种时间、空间差分格式,提高数值模拟的范围与精度;具有通用的前后处理接口,方便用户使用.本文主要介绍MISSsolver求解器基本结构、功能,以及应用. 展开更多
关键词 战术导弹 计算流体力学 cfd求解器
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亚跨超 CFD 软件平台研制 被引量:7
4
作者 陈作斌 张玉伦 +2 位作者 王运涛 刘云楚 庞宇飞 《空气动力学学报》 CSCD 北大核心 1998年第1期36-46,共11页
亚跨超CFD软件平台研制课题的宗旨是综合国内外计算流体动力学的最新研究成果,用计算机软件技术的新发展,建立一个面向对象的计算流体动力学的研究开发环境,加快计算流体动力学最新成果向工程应用的转换速度。本文介绍初级版本的... 亚跨超CFD软件平台研制课题的宗旨是综合国内外计算流体动力学的最新研究成果,用计算机软件技术的新发展,建立一个面向对象的计算流体动力学的研究开发环境,加快计算流体动力学最新成果向工程应用的转换速度。本文介绍初级版本的研究进展和研究成果,主要由数值网格生成技术、流场解算器、面向对象的界面设计等三部分组成。 展开更多
关键词 cfd软件平台 网格生成技术 计算流体力学
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交替方向隐式CFD解法器的GPU并行计算及其优化 被引量:2
5
作者 邓亮 徐传福 +1 位作者 刘巍 张理论 《计算机应用》 CSCD 北大核心 2013年第10期2783-2786,共4页
交替方向隐格式(ADI)是常见的偏微分方程离散格式之一,目前对ADI格式在计算流体力学(CFD)实际应用中的GPU并行工作开展较少。从一个有限体积CFD应用出发,通过分析ADI解法器的特点和计算流程,基于统一计算架构(CUDA)编程模型设计了基于... 交替方向隐格式(ADI)是常见的偏微分方程离散格式之一,目前对ADI格式在计算流体力学(CFD)实际应用中的GPU并行工作开展较少。从一个有限体积CFD应用出发,通过分析ADI解法器的特点和计算流程,基于统一计算架构(CUDA)编程模型设计了基于网格点与网格线的两类细粒度GPU并行算法,讨论了若干性能优化方法。在天河-1A系统上,采用128×128×128网格规模的单区结构网格算例,无粘项、粘性项及ADI迭代计算的GPU并行性能相对于单CPU核,分别取得了100.1、40.1和10.3倍的加速比,整体ADI CFD解法器的GPU并行加速比为17.3。 展开更多
关键词 交替方向隐式 计算流体力学解法器 结构网格 GPU并行
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基于面向对象的非结构航空CFD软件体系结构设计 被引量:4
6
作者 乔龙 李艳亮 +5 位作者 杨思源 唐海龙 尹强 吴奥奇 曾凯 钱战森 《航空科学技术》 2022年第7期66-72,共7页
基于面向对象程序设计思想和航空计算流体力学(CFD)流程,设计了包含基础功能层、功能模块层和应用程序层的CFD软件体系结构,实现了面向航空飞行器空气动力学问题的非结构网格Navier-Stokes方程求解软件ARI-CFD V1.0的研制。同时,也通过... 基于面向对象程序设计思想和航空计算流体力学(CFD)流程,设计了包含基础功能层、功能模块层和应用程序层的CFD软件体系结构,实现了面向航空飞行器空气动力学问题的非结构网格Navier-Stokes方程求解软件ARI-CFD V1.0的研制。同时,也通过二维零压力梯度平板和二维翼型算例对软件的有效性进行了验证。此外,ARI-CFD软件采用面向对象设计,有效解决了早期航空CFD软件采用面向数据流的结构化设计所带来的可维护性差、可重用性低以及大型工业程序研制周期长等问题,可以为面向航空飞行器设计的多学科仿真软件高效、可持续性研制提供有效支撑。 展开更多
关键词 cfd软件 面向对象 软件体系结构 空气动力学
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基于自研CFD求解器的螺旋桨敞水数值模拟方法研究
7
作者 金奕星 吴乘胜 +2 位作者 王建春 王星 郑巢生 《中国造船》 EI CSCD 北大核心 2020年第S02期113-119,共7页
论文基于自主研发的船舶水动力学CFD求解器,开展螺旋桨模型敞水数值模拟方法研究.以典型螺旋桨模型为对象,设计了包括3种计算方法和3种网格处理方式的计算方案,研究不同计算方法和网格形式对计算结果的影响.通过对比分析,给出了螺旋桨... 论文基于自主研发的船舶水动力学CFD求解器,开展螺旋桨模型敞水数值模拟方法研究.以典型螺旋桨模型为对象,设计了包括3种计算方法和3种网格处理方式的计算方案,研究不同计算方法和网格形式对计算结果的影响.通过对比分析,给出了螺旋桨敞水性能数值计算的推荐方案.最后,采用推荐的计算方案开展了螺旋桨模型敞水性能计算应用测试,计算结果与试验数据符合良好,初步建立了基于自研CFD求解器的螺旋桨模型敞水数值模拟方法. 展开更多
关键词 螺旋桨敞水 非惯性系方法 多参考系方法 滑移网格 自研cfd求解器
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流体拓扑优化的方法及应用综述 被引量:3
8
作者 王定标 王帅 +3 位作者 张浩然 吴淇涛 杨崇瑞 王光辉 《郑州大学学报(工学版)》 CAS 北大核心 2023年第2期1-13,共13页
流体拓扑优化是一项突破性技术,在航空航天、汽车、电子芯片等领域均有广泛的应用前景,然而其所设计出的复杂结构难以通过传统制造技术加工成型等因素制约了它的推广应用。增材制造(3D打印)技术的发展为进一步拓展流体拓扑优化的应用和... 流体拓扑优化是一项突破性技术,在航空航天、汽车、电子芯片等领域均有广泛的应用前景,然而其所设计出的复杂结构难以通过传统制造技术加工成型等因素制约了它的推广应用。增材制造(3D打印)技术的发展为进一步拓展流体拓扑优化的应用和研究提供了有效途径,对实现相关工业装备的结构轻量化、动力学优化、安全性优化以及性能提升,落实国家“节能降耗、碳达峰碳中和”战略具有重要意义。借助文献计量工具VOSviewer对Web of Science数据库中流体拓扑优化相关文献进行了梳理和总结,全面系统阐述了流体拓扑优化的理论体系、求解方法、优化方法以及工程应用,并对相关问题进行了探讨。首先,与固体拓扑优化相比,流体拓扑优化涉及领域更广、流态特征更多样、数学模型更复杂,因而求解更困难、计算时间更长、计算资源需求更大,这是制约流体拓扑优化工程应用的主要因素。其次,较系统阐述了流体拓扑优化的3个环节和关键技术:拓扑设计变量表述方法、CFD模型及求解方法、拓扑优化模型及求解方法,并分析了现有技术的特点和应用场景,同时,对流体拓扑优化的电子芯片热沉、飞机汽车、换热器等几个应用场景进行了简述。最后,对流体拓扑优化的发展趋势进行了预测和总结,建议进一步加大湍流、共轭传热、流-固-热耦合、流-固-热-质耦合等方面的多学科拓扑优化研究;拓展基于多目标函数的拓扑优化研究;进一步加强与人工智能的深度结合,开发更加稳健成熟的智能CFD求解器、智能优化求解器以及智能流体拓扑优化软件。 展开更多
关键词 拓扑优化 流动与传热 拓扑设计变量 cfd求解器 优化求解器 人工智能 结构优化
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A Comparison of Techniques for Solving the Poisson Equation in CFD
9
作者 Nick Brown 《民用飞机设计与研究》 2017年第3期85-94,共10页
CFD is a ubiquitous technique central to much of computational simulation such as that required by aircraft design.Solving of the Poisson equation occurs frequently in CFD and there are a number of possible approaches... CFD is a ubiquitous technique central to much of computational simulation such as that required by aircraft design.Solving of the Poisson equation occurs frequently in CFD and there are a number of possible approaches one may leverage.The dynamical core of the MONC atmospheric model is one example of CFD which requires the solving of the Poisson equation to determine pressure terms.Traditionally this aspect of the model has been very time consuming and so it is important to consider how we might reduce the runtime cost.In this paper we survey the different approaches implemented in MONC to perform the pressure solve.Designed to take advantage of large scale,modern,HPC machines,we are concerned with the computation and communication behaviour of the available techniques and in this text we focus on direct FFT and indirect iterative methods.In addition to describing the implementation of these techniques we illustrate on up to 32768 processor cores of a Cray XC30 both the performance and scalability of our approaches.Raw runtime is not the only measure so we also make some comments around the stability and accuracy of solution.The result of this work are a number of techniques,optimised for large scale HPC systems,and an understanding of which is most appropriate in different situations. 展开更多
关键词 飞行器 设计方案 飞机 理论研究
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氢燃料超燃冲压发动机燃烧室非结构网格数值模拟 被引量:8
10
作者 王兰 吴颖川 乐嘉陵 《空气动力学学报》 EI CSCD 北大核心 2009年第3期308-313,共6页
采用格点有限体积法离散积分形式Favre平均的三维Navier-Stokes方程,基于非结构、混合网格发展了CFD并行隐式流场解算器AHL-UNS3D。计算了Burrows和Kurkov的二维氢气顺喷的扩散和反应流,出口参数和实验值较吻合,证明了软件具备多组分扩... 采用格点有限体积法离散积分形式Favre平均的三维Navier-Stokes方程,基于非结构、混合网格发展了CFD并行隐式流场解算器AHL-UNS3D。计算了Burrows和Kurkov的二维氢气顺喷的扩散和反应流,出口参数和实验值较吻合,证明了软件具备多组分扩散流和湍流反应流的模拟能力,并将该软件分别应用到了Hyshot计划的地面实验超燃冲压发动机和NAL的双模态燃烧室模型的氢气燃烧湍流反应流的二维和三维jet-to-jet数值模拟中,得到了与实验值及文献一致的计算结果。 展开更多
关键词 超声速湍流反应流 非结构 混合网格 cfd并行隐式解算器 jet—to-jet
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基于遗传算法的高超声速进气道自动优化设计 被引量:4
11
作者 鲍文 李伟鹏 +1 位作者 常军涛 付海洋 《系统仿真学报》 CAS CSCD 北大核心 2012年第4期765-768,共4页
高超声速进气道的优化设计对于改善进气道的性能,进而提高发动机整体飞行效率具有重要意义。利用FLUENT/MATLAB协同仿真技术,通过CFD对进气道模型进行高维分析,结合多机并行运算发挥遗传算法全局寻优的能力,提出了一种基于遗传算法和CF... 高超声速进气道的优化设计对于改善进气道的性能,进而提高发动机整体飞行效率具有重要意义。利用FLUENT/MATLAB协同仿真技术,通过CFD对进气道模型进行高维分析,结合多机并行运算发挥遗传算法全局寻优的能力,提出了一种基于遗传算法和CFD仿真的高效、高精度的高超声速进气道自动优化设计方法,试图构建一种高超声速进气道自动优化设计的快速原型仿真平台。通过对三楔面定收缩比进气道的多目标优化算例,初步验证了此方法的可行性与高效性,为开展多变量多目标的高超声速进气道优化设计创造了良好的条件。 展开更多
关键词 高超声速进气道 遗传算法 cfd仿真 自动优化设计
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非结构网格的并行多重网格解算器 被引量:3
12
作者 李宗哲 王正华 +1 位作者 姚路 曹维 《软件学报》 EI CSCD 北大核心 2013年第2期391-404,共14页
多重网格方法作为非结构网格的高效解算器,其串行与并行实现在时空上都具有优良特性.以控制方程离散过程为切入点,说明非结构网格在并行数值模拟的流程,指出多重网格方法主要用于求解时间推进格式产生的大规模代数系统方程,简述了算法... 多重网格方法作为非结构网格的高效解算器,其串行与并行实现在时空上都具有优良特性.以控制方程离散过程为切入点,说明非结构网格在并行数值模拟的流程,指出多重网格方法主要用于求解时间推进格式产生的大规模代数系统方程,简述了算法实现的基本结构,分析了其高效性原理;其次,综述性地概括了几何多重网格与代数多种网格研究动态,并对其并行化的热点问题进行重点论述.同时,针对非结构网格的实际应用,总结了多重网格解算器采用的光滑算子;随后列举了非结构网格应用的部分开源项目软件,并简要说明了其应用功能;最后,指出并行多重网格解算器在非结构网格应用中的若干关键问题和未来的研究方向. 展开更多
关键词 非结构网格 COMPUTATIONAL FLUID dynamics(cfd) 并行计算 多重网格 高效解算器
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数值风洞软件系统研究 被引量:3
13
作者 任碧宁 朱培烨 魏生民 《西北工业大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2000年第1期44-47,共4页
数值风洞是 CFD技术与数据可视化技术、网络技术、数据库技术相结合的产物。前置几何处理及 CFD求解器、CFD数据可视化、图形用户界面 ( GUI)以及相关的网络通信和数据库是数值风洞软件系统的核心技术。本文描述一种运行于计算机网络环... 数值风洞是 CFD技术与数据可视化技术、网络技术、数据库技术相结合的产物。前置几何处理及 CFD求解器、CFD数据可视化、图形用户界面 ( GUI)以及相关的网络通信和数据库是数值风洞软件系统的核心技术。本文描述一种运行于计算机网络环境下的多用户交互式 CFD数值模拟软件——数值风洞系统 ,及其基本结构和各核心部分的研究成果 ,并介绍其数据可视化子系统的最新技术和算法。 展开更多
关键词 cfd 数据场可视化 数值风洞 飞机 软件系统
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大长细比柔性立管涡激振动数值模拟 被引量:3
14
作者 付博文 端木玉 万德成 《江苏科技大学学报(自然科学版)》 CAS 北大核心 2017年第5期640-645,共6页
近年来,随着油气开发逐步向深海发展,立管的长细比可以达到1 000甚至更高.大长细比的立管的振动形态与短的刚性圆柱的振动具有较大的差异,这使得对大长细比立管涡激振动预测的需求较为迫切.文中基于切片理论,通过使用径向基函数法作为Op... 近年来,随着油气开发逐步向深海发展,立管的长细比可以达到1 000甚至更高.大长细比的立管的振动形态与短的刚性圆柱的振动具有较大的差异,这使得对大长细比立管涡激振动预测的需求较为迫切.文中基于切片理论,通过使用径向基函数法作为OpenFOAM中的动网格策略,模拟了长细比为1 000的柔性立管在横流向和顺流向的振动,其顺流向最大时均偏移量达8个立管直径.数值模拟重现了高阶主控模态及主控模态的频繁变换等大长细比柔性立管的涡激振动特性;文中还将所得结果与长细比为500,750的结果进行了比较,就长细比对立管涡激振动的影响进行了分析. 展开更多
关键词 立管 涡激振动 计算流体力学 多模态振动 切片理论 viv-FOAM-SJTU求解器
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民用飞机抛放式飞行记录器分离过程仿真研究 被引量:2
15
作者 马英杰 《航空科学技术》 2018年第12期47-52,共6页
在民用领域,抛放式飞行记录器在国内外尚无系统的研究报告,也无成熟的标准、规范或指南可以借鉴参考。本文提出的计算流体力学(CFD)与六由度运动方程的耦合仿真技术,能较准确地模拟出大部分工况下记录器抛放时的运动轨迹,为记录器离机... 在民用领域,抛放式飞行记录器在国内外尚无系统的研究报告,也无成熟的标准、规范或指南可以借鉴参考。本文提出的计算流体力学(CFD)与六由度运动方程的耦合仿真技术,能较准确地模拟出大部分工况下记录器抛放时的运动轨迹,为记录器离机安全性这一关键技术攻关提供理论依据数据支持,从而有效降低研发成本。 展开更多
关键词 抛放式飞行记录器 离机安全性 仿真技术 cfd++求解器 嵌套网格 降低研发成本
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基于CFD方法对波浪中FLNG分段液舱晃荡耦合运动的研究 被引量:3
16
作者 李奇 庄园 万德成 《水动力学研究与进展(A辑)》 CSCD 北大核心 2019年第1期28-38,共11页
作为液化天然气运输船,FLNG船在世界范围内引起广泛关注。在FLNG载液运输的过程中,船体会受复杂海洋环境影响产生摇晃,船体运动会带动液舱内液体产生晃荡,同时这种晃荡现象反过来也会与船体运动产生耦合作用。由于船舶运动与液舱内液体... 作为液化天然气运输船,FLNG船在世界范围内引起广泛关注。在FLNG载液运输的过程中,船体会受复杂海洋环境影响产生摇晃,船体运动会带动液舱内液体产生晃荡,同时这种晃荡现象反过来也会与船体运动产生耦合作用。由于船舶运动与液舱内液体晃荡耦合作用的重要性,该问题十分具有研究价值。该文主要应用CFD方法,同时对液舱内部与外部流场进行模拟。对规则波中带双液舱FLNG分段的液舱晃荡耦合运动问题进行研究。该文应用的求解器是课题组基于Open FOAM自行开发的海洋工程水动力学求解器naoe-FOAM-SJTU。首先对空舱FLNG分段在不同频率规则波中的横摇运动进行模拟,并与文献结果进行对比,验证了求解器的准确性。接着针对液舱充液率24.3%的情况,对分段在不同波浪频率下的运动情况进行计算研究。在比对参考文献后,发现该文求解器的模拟结果比文献中的势流计算结果更加贴近文献中给出的物理实验结果。随后,研究在波浪频率相同时,五种不同充液率情况对FLNG分段液舱晃荡耦合运动的影响,并分析FLNG分段内外壁所受力矩相位差对耦合运动幅值造成的影响。最后将上述工况的波高增大一倍,再次研究在不同充液率下FLNG分段耦合运动受不同波陡的波浪的影响情况及规律。研究结果表明,naoe-FOAM-SJTU求解器可以有效模拟波浪环境下液舱晃荡-船体运动耦合问题,并可以对整个流场进行可视化展示与分析,从多角度分析这一复杂现象的机理。 展开更多
关键词 液舱晃荡 耦合运动 FLNG naoe-FOAM-SJTU求解器 cfd
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一种可压缩空化相变算法的理论研究和验证
17
作者 房良 王振波 +1 位作者 马勇 徐晓刚 《水动力学研究与进展(A辑)》 CSCD 北大核心 2023年第5期683-691,共9页
可压缩性被认为对空化流动具有重要影响,但现阶段空化研究中鲜有考虑可压缩性。为明确可压缩性的作用,根据正压流体假设,通过开源CFD软件OpenFoam~?框架,编译了一种可压缩空化相变求解器,重点说明了该求解器的算法,包括控制方程推导、... 可压缩性被认为对空化流动具有重要影响,但现阶段空化研究中鲜有考虑可压缩性。为明确可压缩性的作用,根据正压流体假设,通过开源CFD软件OpenFoam~?框架,编译了一种可压缩空化相变求解器,重点说明了该求解器的算法,包括控制方程推导、数值处理方法及离散格式和求解策略的选择,并以文丘里管内空化流动为对象,与不考虑可压缩性空化相变求解器的计算结果作对比。结果表明:该求解器能够较为准确预测空化流动,清晰给出空腔周期性演化过程;考虑压缩性后,空腔溃灭所产生高压会以压力波形式传播、反弹和叠加,产生高频压力脉动,抑制空腔发展并加速空腔脱落,引起速度场严重失稳,导致出口流量发生高频脉动。 展开更多
关键词 水力空化 可压缩性 压力波 cfd算法
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不同质量比多柱式平台涡激运动特性数值研究
18
作者 王秋雯 赵伟文 万德成 《水动力学研究与进展(A辑)》 CSCD 北大核心 2018年第6期696-705,共10页
浮式海洋平台在一定的海流条件下,立柱两侧会发生旋涡脱落,进而产生涡激运动。涡激运动会对立管及系泊系统造成疲劳损伤,影响平台的正常工作和使用寿命。因此研究浮式平台的涡激运动具有重要意义。涡激运动是一种复杂的物理现象,其中质... 浮式海洋平台在一定的海流条件下,立柱两侧会发生旋涡脱落,进而产生涡激运动。涡激运动会对立管及系泊系统造成疲劳损伤,影响平台的正常工作和使用寿命。因此研究浮式平台的涡激运动具有重要意义。涡激运动是一种复杂的物理现象,其中质量比是影响涡激运动特性的重要参数。该文基于自主研发的船舶与海洋工程CFD求解器naoe-FOAM-SJTU,采用基于剪切应力运输(shear stress transport,SST)的延迟分离涡模拟(delayed detached-eddy simulation,DDES)方法处理高雷诺数下三维流动分离,数值模拟了不同质量比的多柱浮式平台涡激运动响应情况,并将数值模拟得到的运动响应与模型试验结果进行了对比分析,验证了数值模拟的可靠性。同时分析了平台运动和受力随质量比的变化规律,并对典型时刻平台周围的流场进行了详细分析。 展开更多
关键词 多柱浮式平台 涡激运动 质量比 cfd naoe-FOAM—SJTU求解器
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