[發明專利]一種船閘閘室船舶系纜力的數值模擬方法

有效

• 申請號: 201410012269.1
• 申請日: 2014-01-10
• 公開（公告）號: CN103729565B
• 公開（公告）日: 2016-10-19
• 發明（設計）人: 陳明;陳明棟;宣國祥;楊勝發
• 申請（專利權）人: 重慶交通大學
• 主分類號: G06F19/00
• 分類號: G06F19/00;G06F17/50
• 代理公司: 北京同恒源知識產權代理有限公司 11275
• 代理人: 趙榮之

1.一種船閘閘室船舶系纜力的數值模擬方法，其特征在于：包括以下步驟：

步驟一：繪制船閘輸水系統三維幾何模型，并對該模型采用分塊四面體和六面體混合網格進行剖分，定義邊界類型，輸出*.mesh文件；

步驟二：將步驟一中輸出的mesh文件導入流體計算平臺FLUENT中，進行網格檢查和調整、三維紊流和兩相流模型的選取、設定參考壓力、重力作用以及水的材質、定義初始相和第二相；

步驟三：根據閘室船舶系纜力物理模型試驗邊界條件，同時基于“船舶—水流”耦合動力響應，通過對船舶在平面上受水流作用力、縱向和前橫向及后橫向系纜力的受力平衡分析，建立受力方程組；通過牛頓第二運動定律建立船舶升降運動控制方程；

步驟四：通過用戶自定義函數UDF定義工作閥門的動態啟閉方式、船舶系纜力的計算程序及其運動控制程序、引航道的壓力邊界；

步驟五：通過FLUENT軟件提供的CompiledUDFs面板對定義好的UDF進行編譯，以動態連接到Fluent求解器上；

步驟六：通過FLUENT軟件提供的動網格模塊，進行動網格方案選取及其參數設置，閥門和船舶運動邊界的運動屬性設置；

步驟七：定義其他邊界條件；

步驟八：采用控制體積法對紊流偏微分控制方程組進行離散化，得到代數方程組并利用以上邊界條件進行封閉；

步驟九：選擇代數方程組的求解算法、對計算域進行初始化、設定時間步長，利用FLUENT求解器對流場計算域內的代數方程組反復進行迭代計算，直到滿足所設定的迭代精度為止，完成船閘輸水過程的閘室船舶系纜力數值模擬，同時實時輸出每一時間步內的船舶位移、運動速度和船舶系纜力計算成果。

2.根據權利要求1所述的一種船閘閘室船舶系纜力的數值模擬方法，其特征在于：在步驟一中，定義的邊界類型包括：1）上引航道進口或下引航道出口、閥門井以及閘室頂面定義為壓力邊界；2）工作閥門的壁面定義為運動邊界，將與運動邊界相關聯的廊道左右邊壁及閥門井邊壁定義為變形面；3）船舶表面定義為運動邊界。

3.根據權利要求2所述的一種船閘閘室船舶系纜力的數值模擬方法，其特征在于：步驟三中建立的受力方程組包括縱向和橫向受力方程以及對船舶質心的力矩方程。

4.根據權利要求3所述的一種船閘閘室船舶系纜力的數值模擬方法，其特征在于：在步驟四中具體包括：1）根據工作閥門的啟閉速度，使用Fluent?Inc.提供的預定義宏DEFINE_CG_MOTION進行定義；2）船舶系纜力的計算及其運動控制同樣使用預定義宏DEFINE_CG_MOTION進行定義，根據剖分的船體表面網格，采用數值積分方法分別求出船舶受縱向、橫向以及沿水深方向的水壓力和粘滯力及其對船舶質心所產生的力矩，然后將計算出的水流作用力代入步驟三中所建立的三個受力方程，求出縱向和前橫向及后橫向系纜力；進行船舶升降運動控制時，為避免因船舶運動速度的過快而導致網格在重構時出現負體積，計算過程中對船舶運動速度及其運動方向上的水流作用力進行時均化處理，將整個計算時間劃分為若干個運動時段，在每個運動時段內均作勻速運動，當前時段內的速度大小為上一時段內的速度值與作時均處理后的速度變化值之代數和；3）根據沿水深的靜水壓力分布，使用預定義宏DEFINE_PROFILE定義引航道的壓力邊界。

5.根據權利要求4所述的一種船閘閘室船舶系纜力的數值模擬方法，其特征在于：在步驟六中選用的動網格方案為彈簧光順法和局部網格重構法,將閥門運動邊界和相關的變形面分別設定為剛體運動和變形類型，同時閥門運動邊界運動屬性設置為步驟四中1）定義的UDF；將船舶運動邊界設定為剛體運動類型，且運動屬性設置為步驟四中2）定義的UDF。

6.根據權利要求5所述的一種船閘閘室船舶系纜力的數值模擬方法，其特征在于：步驟七具體包括：對于灌水過程，引航道進口邊界設置為步驟四中3）定義的UDF，兩側閥門井采用空氣壓力進口，閘室采用空氣壓力出口；對于泄水過程，引航道出口邊界設置為步驟四中3）定義的UDF，兩側閥門井采用空氣壓力出口，閘室采用空氣壓力進口；其余邊界均定義為無滑移的固壁邊界。