[發明專利]一種物體在洋流中下落的數值仿真方法及系統

有效

• 申請號: 202010280374.9
• 申請日: 2020-04-10
• 公開（公告）號: CN111428434B
• 公開（公告）日: 2022-07-01
• 發明（設計）人: 馬昕;陳文姝;宋銳;榮學文;田國會;李貽斌
• 申請（專利權）人: 山東大學
• 主分類號: G06F30/38
• 分類號: G06F30/38;G06F111/10
• 代理公司: 濟南圣達知識產權代理有限公司 37221
• 代理人: 李圣梅

1.一種物體在洋流中下落的數值仿真方法，其特征在于，包括：根據初始水池參數和初始物體參數，建立水池模型和物體模型；

根據預設的網格參數對水池模型進行網格劃分；根據預設的洋流參數，設置水池模型的邊界條件和流體運動參數，形成仿真洋流模型；

根據預設的物理參數，建立物體模型在液體中自由下落模型；所述自由下落模型建立步驟包括設置物體模型下落的動網格：生成六面體區域的背景網格；將物體模型下落的子網格通過overset網格嵌入到背景網格中；

將物體模型在液體中自由下落模型導入仿真洋流模型中，啟動仿真步驟，仿真輸出物體模型在各個方向上的運動軌跡、運動速度以及受力參數的變化情況；

所述將物體模型在液體中自由下落模型導入仿真洋流模型中，使用求解器進行求解，在每個時間步中首先通過六自由度運動方程求解物體的運動參數，再通過運動參數更新overset動網格；求解器首先將描述流體運動的質量守恒方程公式和動量守恒方程公式通過在整個計算空間域和時間域上積分的方式離散成一系列的代數方程，如此每一個微小的網格單元都有方程來描述，然后通過聯立迭代求解這些方程，得到每一個方程的近似解，然后就得到了每一個微小單元的物理參數，然后就得到了整個洋流水池的物理參數，然后更新參數并進行下一次迭代直至迭代完成。

2.如權利要求1所述的數值仿真方法，其特征在于，所述物體模型下落的動網格設置具體步驟包括：

使用blockMesh生成六面體區域的背景網格；

物體模型的子網格通過overset網格嵌入到背景網格中；子網格可以在背景網格中自由移動，子網格與背景網格彼此獨立；

設置負載的大小和形狀，通過設置物體網格的初始位置坐標并產生物體網格。

3.如權利要求1所述的數值仿真方法，其特征在于，所述建立水池模型的步驟包括：通過blockMesh確定水池和物體上各個點的坐標值，建立起水池和物體的邊界條件；水池和物體的網格參數為網格在三維坐標系中的間距，將間距值根據預設情況設置為均勻變化的值。

4.如權利要求1所述的數值仿真方法，其特征在于，所述仿真洋流模型模擬了一種流體流動的速度和方向均一致的均勻流；洋流模型的邊界條件的設置，水池的上下壁面邊界條件設置為wall，以防水漏出上下邊界；出口處的流體速度U和壓力p的邊界條件設置為零梯度。

5.如權利要求1所述的數值仿真方法，其特征在于，所述預設的物理參數包括：物體的重力參數。

6.如權利要求1所述的數值仿真方法，其特征在于，為了表示物體模型在洋流模型中的姿態，定義了兩個笛卡爾坐標系，分別為世界坐標系和負載坐標系。

7.如權利要求1所述的數值仿真方法，其特征在于，所述洋流模型包括固定圓柱繞流模型和洋流-空氣模型；所述固定圓柱繞流模型為水池模型的上下邊界都是固壁的洋流模型，用于模擬驗證圓柱繞流的數據；所述洋流-空氣模型為在圓柱繞流模型的基礎上，洋流上部設置有少量空氣來防止氣液壓力的不平衡；洋流-空氣模型可以用于后面與自由下落物體模型的合并。