船舶CFD网格自动生成技术的开发研究.pdfVIP

第九届全国水动力学学术会议暨第二十二届全国水动力学研讨会文集 船舶CFD网格自动生成技术的开发· 张振江陈作钢 (上海交通大学船舶海洋与建筑T程学院，上海，200030) 摘要：为提高船舶CFD计算及数值优化船型的效率，开发了船舶CFD计算用网格自动生成 软件．该软件从描述船体曲面形状的IGES文件入手，根据船体曲面的点线面信息，生成批处 理文件，启动Gambit自动运行批处理文件并更新点线面信息，根据船体曲面形状特性、计算 要求等条件，软件通过参数化来控制并完成计算区域的划分、网格生成及边界条件的设置。 网格依赖性做了研究．结果表明，该软件能实现普通船舶CFD计算用网格的自动生成，可以 极大地节省船舶CFD计算时网格生成的时间，为最终实现系统地数值优化船型奠定了基础。 关键词：CFD；网格自动生成；网格依赖性 1引言 随着计算机硬件水平的跳跃式发展和计算流体力学(CFD)技术的不断提高，尤其是近几 年来，伴随着一些商用CFD软件的成熟，对流体力学问题的研究己进入CFD时代。作为流体 力学的一个重要分支，CFD正越米越受到人们的重视。就造船界的研发现状来说，改进CFD计 算的精度、提高CFD的利用效率、拓宽eFD的应J}}j范同有着十分重大的意义；而一个可以持 续的研究热点问题是将CFD应用于船型优化与新船型开发，即从流体力学最优化的观点出发， 通过CFD计算和非线性最优化方法自动求得最佳船体形状。 网格生成是CFD计算的重要环节，网格的质量对CFD计算的精度起着至关重要的作用。 然而，对于船体曲面这样复杂的几何形状，生成高质量的网格需要相当的专业知识和技能。 目前普遍的做法是：从船舶的犁值表或其他软件得到的表示船体表面形状的图形文件入手， 完成一些必要的图形修复后，精细的作法是根据船体的形状和计算精度要求，确定计算区域 并进行适当的分区，然后对各分区进行网格划分并保证各分区间的网格平滑过渡。据笔者的 调研，一名船舶CFD工程师生成一套高品质的混合型网格或分块结构化网格需要至少8～16d。 这对船舶CFD的普及应用是一个不小的障碍：更进一步，在将CFD应用于船型优化与新船型 开发时，将花费大量的时间完成许多相似船的网格生成，使数值优化船型的效率大大降低。 本研究基于泛用网格生成软件Gambit进行了二次开发，用C++语言编写程序 ’船舶数字化智能设计系统开发项目和船舶≮海洋工程数值水池开发研究项目资助． ·285． 第九届全国水动力学学术会议暨第二十二届全国水动力学研讨会文集 AutoGridGen．cpp(Verl．0)，分别用约15min生成了粗、中、细三套网格，进行了斜航条件 下CFD计算网格依赖性的研究。 本研究开发的成果极大地提高了船舶CFD计算用网格生成的效率，为CFD应用于船型优 化与新船型开发打下了良好的基础。 2网格自动生成程序的开发 本研究中网格自动生成程序的开发是基于ANSYS公司研发的CFD前处理软件—G锄bit。 Gambit软件常用于几何模型的构建或导入、网格的划分和边界条件的施加。 息的文件，可存放几何模型点线面体的详细信息。MSH文件是网格文件，是G锄bit软件文件 输出格式类型之一，该文件可被FLUENT求解器读取。本研究中网格自动生成程序的开发正是 采用批处理文件的方式。 体曲面模型的点线面信息输出到TRN文件，根据船体曲面的点线面信息生成JoU文件，然后 船体曲面点线面的信息重新输出到TRN文件，然后才能根据新的船体曲面点线面信息再生成 理想的网格。 在手动操作生成网格的过程中，可以非常容易地实现操作对象的选择而不去关心点线面 体的编号，然而在网格自动生成程序的过程中，除了要全面掌握Gambit中批处理文件的语法 格式，还必须首先根据点线面体的坐标信息确定要对哪些实体进行操作，然后才是批处理文 件的编写，这也是程序开发的一个难点。 此网格自动生成程序的实质是确定～种计算区域划分格式和网格生成格式，即：确定计 算区域如何划分和以何种方式进行网格生成，其中计算区域划分格式在程序框架图中得到一 定程度的体现，程序框架图如图1所示。 设计水线面是否与尾封板相交和船尾导管的有无对程序的开发有很大的影响，这主要是 处理，而在叠模计算条件下设计水线面是否与尾封板相交和船尾导管的有无决定了船体尾部 形状的格式，四种船舶尾部