本發(fā)明屬于水下運(yùn)動(dòng)預(yù)報(bào)領(lǐng)域，更具體地，涉及一種水下探測(cè)裝置無(wú)動(dòng)力運(yùn)動(dòng)預(yù)報(bào)自動(dòng)計(jì)算方法。

背景技術(shù)：

潛艇的下潛和上浮利用了物理學(xué)中的浮力原理，進(jìn)行無(wú)動(dòng)力下潛上浮。在潛艇的內(nèi)外殼體之間，通常設(shè)有10來(lái)個(gè)水柜，用它來(lái)控制潛艇的下潛和上浮。下潛時(shí)，可以往水柜中灌水，使?jié)撏С寥怂?；上浮時(shí)，用高壓氣體將水柜中的水壓出水柜，潛艇便可浮出水面。為了調(diào)整潛艇平衡，還設(shè)有若干個(gè)小水柜，通過(guò)調(diào)整水量的大小來(lái)控制潛艇的穩(wěn)定和平衡。為了保持和改變航向，潛艇通常在潛艇的尾部裝有方向舵(垂直舵)；為了保持和改變深度，通常分別在潛艇的前部和尾部還裝有升降舵(水平舵)。

基于氣球原理設(shè)計(jì)的第一代和第二代載人潛水器均是采用無(wú)動(dòng)力下潛和上浮的方式，這樣做最大好處就是可以大大地節(jié)省潛水器上的能源，但需要解決無(wú)動(dòng)力潛浮過(guò)程中水動(dòng)力學(xué)問(wèn)題。

目前在現(xiàn)有技術(shù)中，已經(jīng)有技術(shù)在對(duì)相關(guān)的水動(dòng)力學(xué)問(wèn)題進(jìn)行研究，例如在蛟龍?zhí)栐O(shè)計(jì)階段劉正元等就開(kāi)始研究載人潛水器的無(wú)動(dòng)力下潛上浮運(yùn)動(dòng)給出了一套簡(jiǎn)化分析方法并應(yīng)用于蛟龍?zhí)栞d人潛水器的無(wú)動(dòng)力潛浮設(shè)計(jì)，但是上述技術(shù)存在如下問(wèn)題：利用牛頓力學(xué)定理和微分方程進(jìn)行數(shù)學(xué)分析，并未考慮裝置的動(dòng)力學(xué)模型在水下所受水動(dòng)力的影響。事實(shí)上，流體帶來(lái)的水動(dòng)力作用對(duì)水下物體的運(yùn)動(dòng)有著非常重要的影響，復(fù)雜的水動(dòng)力學(xué)系數(shù)是分析流場(chǎng)中物體運(yùn)動(dòng)規(guī)律的重要參數(shù)。隨著Fluent軟件功能的日漸完善，張軍等人采用非結(jié)構(gòu)動(dòng)網(wǎng)格方法已完成對(duì)含多介質(zhì)流場(chǎng)的數(shù)值模擬，李迎華、吳寶等人,應(yīng)用動(dòng)網(wǎng)格技術(shù)對(duì)一典型水下低速航行體縮比模型主體及帶附體的水動(dòng)力進(jìn)行了計(jì)算,結(jié)果與風(fēng)洞模型試驗(yàn)結(jié)果吻合較好。

但是，在上述現(xiàn)有技術(shù)中，存在如下有待解決的問(wèn)題：(1)動(dòng)網(wǎng)格生成時(shí)邊界網(wǎng)格點(diǎn)容易發(fā)生交錯(cuò)和網(wǎng)格點(diǎn)丟失，而且根據(jù)新的物面生成網(wǎng)格計(jì)算量大，需要耗費(fèi)大量的時(shí)間；(2)裝置在水下的連續(xù)運(yùn)動(dòng)，流體阻力與裝置運(yùn)動(dòng)速度相關(guān)，采用離散化的方法單步計(jì)算每一分段的阻力和速度，十分耗費(fèi)時(shí)間。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的以上缺陷或改進(jìn)需求，本發(fā)明提供了一種水下探測(cè)裝置無(wú)動(dòng)力運(yùn)動(dòng)預(yù)報(bào)自動(dòng)計(jì)算方法，該方法兼顧裝置的動(dòng)力學(xué)模型及海流水動(dòng)力影響，使用簡(jiǎn)單、可靠、自適應(yīng)性好的非結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格生成技術(shù)，能夠準(zhǔn)確、高效地實(shí)現(xiàn)無(wú)動(dòng)力深海裝置的水下運(yùn)動(dòng)預(yù)報(bào)。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，按照本發(fā)明提供了一種水下探測(cè)裝置無(wú)動(dòng)力運(yùn)動(dòng)預(yù)報(bào)自動(dòng)計(jì)算方法，其特征在于，所述自動(dòng)計(jì)算方法包括如下步驟：

(1)自定義流場(chǎng)速度傳遞給Fluent

通過(guò)用戶自定義函數(shù)完成速度自動(dòng)輸入；

(2)Fluent阻力自動(dòng)傳出

設(shè)置所述水下探測(cè)裝置模型和網(wǎng)格模型，利用等時(shí)長(zhǎng)疊加算法通過(guò)自

動(dòng)計(jì)算方法實(shí)現(xiàn)Fluent軟件連續(xù)計(jì)算每一分段的阻力、速度、位移由

此完成所述水下探測(cè)裝置無(wú)動(dòng)力運(yùn)動(dòng)預(yù)報(bào)。

進(jìn)一步地，所述等時(shí)長(zhǎng)疊加算法為：

取所述水下探測(cè)裝置無(wú)動(dòng)力下潛上浮垂直方向上的等時(shí)間步長(zhǎng)為Δt，當(dāng)Δt取得極其小，變加速運(yùn)動(dòng)的各個(gè)分段可視為勻加速運(yùn)動(dòng)，運(yùn)用改進(jìn)的Euler公式可計(jì)算出第K個(gè)分段的初末速度V_k-1和V_k、加速度a_k、位移S_k；

第K個(gè)分段的初速度V_k-1已知，由于時(shí)間步長(zhǎng)極小，則第K分段的預(yù)報(bào)加速度a_k⁰可表示為f(V_k-1)，運(yùn)用顯示歐拉法，可得第K分段結(jié)束時(shí)的預(yù)報(bào)速度V_k⁰＝V_k-2+2Δtf(V_k-1)，再運(yùn)用歐拉矯正公式可得：

第K分段末速度

$V_k=V_{k-1}+\frac{\mathrm{\Δ}t}{2}\[f\left(V_{k-1}\right)+f\left({V_k}^0\right)\]$

第K分段加速度

a_k＝f(V_k)

第K分段位移

$S_k=\frac{V_k+V_{k-1}}{2}\mathrm{\Δ}t$

每段依次疊加計(jì)算，可得出每一分段的速度、加速度、位移，從而得到裝置上浮下潛垂直方向上的的運(yùn)動(dòng)模擬過(guò)程。

進(jìn)一步地，所述自動(dòng)計(jì)算方法按照如下方法實(shí)現(xiàn)：

通過(guò)在Scheme文件中寫(xiě)入文件循環(huán)語(yǔ)句，使得Journal文件不斷被調(diào)用，所述Journal文件中包含所述等時(shí)長(zhǎng)疊加算法的操作命令。

總體而言，通過(guò)本發(fā)明所構(gòu)思的以上技術(shù)方案與現(xiàn)有技術(shù)相比，能夠取得下列有益效果：充分考慮水動(dòng)力系數(shù)和裝置動(dòng)力學(xué)模型的影響進(jìn)行仿真，仿真結(jié)果更有可靠性；采用非結(jié)構(gòu)體網(wǎng)格劃分技術(shù)，自適應(yīng)水下探測(cè)裝置復(fù)雜外輪廓的性能好；采用等時(shí)長(zhǎng)疊加算法，能夠?qū)?fù)雜連續(xù)的水下運(yùn)動(dòng)離散化，簡(jiǎn)化了計(jì)算；采用自動(dòng)計(jì)算的方法，不僅能夠大大縮減工作時(shí)間，還能很大程度上地減少由于人為導(dǎo)致的錯(cuò)誤。

附圖說(shuō)明

圖1為按照本發(fā)明實(shí)現(xiàn)的基于等時(shí)長(zhǎng)疊加算法的水下運(yùn)動(dòng)模擬圖；

圖2為按照本發(fā)明實(shí)現(xiàn)的流體一體化模型下潛運(yùn)動(dòng)計(jì)算過(guò)程圖；

圖3為按照本發(fā)明實(shí)現(xiàn)的流體一體化模型自動(dòng)計(jì)算流程圖。

具體實(shí)施方式

為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。此外，下面所描述的本發(fā)明各個(gè)實(shí)施方式中所涉及到的技術(shù)特征只要彼此之間未構(gòu)成沖突就可以相互組合。

本發(fā)明提供了一種裝置的動(dòng)力學(xué)模型仿真的方法，在于模型的繪制、模型的網(wǎng)格劃分、流場(chǎng)設(shè)置、模型阻力求解；所述模型的繪制，即流場(chǎng)和裝置水下一體化模型，包括流場(chǎng)和裝置的繪制、流場(chǎng)裝置一體化對(duì)稱模型繪制；所述網(wǎng)格劃分，包括模型導(dǎo)入、網(wǎng)格類型選擇、參數(shù)設(shè)置；所述流場(chǎng)設(shè)置，包括網(wǎng)格導(dǎo)入、流體類型設(shè)置、流場(chǎng)設(shè)置；所述模型阻力求解，包括求解方程類型設(shè)置、初始參數(shù)輸入、迭代求解次數(shù)設(shè)置、阻力值輸出。

網(wǎng)格劃分，采用簡(jiǎn)單、可靠、自適應(yīng)性能好的非結(jié)構(gòu)網(wǎng)格生成技術(shù)，非結(jié)構(gòu)網(wǎng)格對(duì)模型的自適應(yīng)性好，工程人員工作量小，但是計(jì)算量大，對(duì)計(jì)算機(jī)要求高，適用于結(jié)構(gòu)復(fù)雜的模型，深海探測(cè)裝置外輪廓較為復(fù)雜，故選擇非結(jié)構(gòu)網(wǎng)格生成技術(shù)來(lái)劃分網(wǎng)格，其次需要確定劃分網(wǎng)格的類型，分析裝置在流場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)，需對(duì)裝置外輪廓及周?chē)黧w子域劃分網(wǎng)格，生成網(wǎng)格必須是體網(wǎng)格。

按照本發(fā)明的另一方面，提供了一種自動(dòng)計(jì)算的方法，其特征在于等時(shí)長(zhǎng)疊加算法、自動(dòng)計(jì)算方法；所述等時(shí)長(zhǎng)疊加算法，是基于預(yù)報(bào)-矯正系統(tǒng)改進(jìn)的Euler公式和梯形公式所建立的一種累加算法，其通過(guò)自動(dòng)計(jì)算的方式實(shí)現(xiàn)；所述自動(dòng)計(jì)算方法，包括自定義流場(chǎng)速度傳遞、阻力自動(dòng)傳出、計(jì)算過(guò)程自動(dòng)進(jìn)行三個(gè)部分構(gòu)成。

優(yōu)選地，自定義流場(chǎng)速度傳遞、阻力自動(dòng)傳出、計(jì)算過(guò)程自動(dòng)進(jìn)行三個(gè)過(guò)程，采用用戶自定義函數(shù)UDFs和Journal文件批處理實(shí)現(xiàn)。

本發(fā)明提出一種基于等時(shí)長(zhǎng)疊加算法的裝置水下運(yùn)動(dòng)預(yù)報(bào)的自動(dòng)計(jì)算方法，目的在于模擬預(yù)報(bào)各種水下裝置的無(wú)動(dòng)力下潛上浮運(yùn)動(dòng)。

首先，按照本發(fā)明實(shí)現(xiàn)的等時(shí)長(zhǎng)疊加算法如下：如圖1所示為水下裝置無(wú)動(dòng)力下潛上浮垂直方向上的等時(shí)間步長(zhǎng)運(yùn)動(dòng)模擬圖，時(shí)間步長(zhǎng)取為Δt，當(dāng)Δt取得極其小，變加速運(yùn)動(dòng)的各個(gè)分段可視為勻加速運(yùn)動(dòng)，運(yùn)用改進(jìn)的Euler公式可計(jì)算出個(gè)分段的初末速度(V_k-1和V_k)、加速度(a_k)、位移(S_k)。

以圖中分段的第K分段為例來(lái)進(jìn)行說(shuō)明每個(gè)分段的初末速度、加速度和位移值計(jì)算如下：

初速度V_k-1(也是前一分段的末速度)已知，由于時(shí)間步長(zhǎng)極小，則第K分段的預(yù)報(bào)加速度a_k⁰可表示為f(V_k-1)，運(yùn)用顯示歐拉法，可得第K分段結(jié)束時(shí)的預(yù)報(bào)速度V_k⁰＝V_k-2+2Δtf(V_k-1)(公式中的Δt顯示不出，請(qǐng)修正)，再運(yùn)用歐拉矯正公式可得：

第K分段末速度

$V_k=V_{k-1}+\frac{\mathrm{\Δ}t}{2}\[f\left(V_{k-1}\right)+f\left({V_k}^0\right)\]---\left(1\right)$

加速度

a_k＝f(V_k) (2)

位移

$S_k=\frac{V_k+V_{k-1}}{2}\mathrm{\Δ}t---\left(3\right)$

依次疊加計(jì)算，可得出每一分段的速度、加速度、位移，從而得到裝置上浮下潛垂直方向上的的運(yùn)動(dòng)模擬過(guò)程。這就是等時(shí)長(zhǎng)疊加算法。同理可以根據(jù)這個(gè)方法，模擬預(yù)報(bào)裝置在水平方向上在水流的作用下的運(yùn)動(dòng)過(guò)程。f(v_k-1)表示裝置在自身重力浮力和流體阻力的作用下的加速度，裝置的重力和浮力已知，因?yàn)榱黧w阻力和裝置的速度有關(guān)，所以我們利用FLUENT軟件，將裝置網(wǎng)格模型輸入到FLUENT軟件中，設(shè)置相關(guān)參數(shù)設(shè)置流體子域并初始化流場(chǎng)，輸入速度值，進(jìn)行迭代計(jì)算，得出裝置的相應(yīng)的流體阻力。

所以為了得到裝置的流體阻力，我們需將裝置與流體域的一體化模型用Solidworks軟件畫(huà)出來(lái)，導(dǎo)入ANSYS中進(jìn)行網(wǎng)格劃分，劃分完畢之后將網(wǎng)格導(dǎo)入Fluent軟件之中計(jì)算。得出分段的流體阻力之后，便可計(jì)算出其加速度，利用本發(fā)明提及的改進(jìn)的Euler法，可獲得下一分段的速度，再利用Fluent軟件，可計(jì)算出這一分段的流體阻力，依次類推，得出所有分段的初末速度、加速度、位移，包括速度達(dá)到穩(wěn)定時(shí)候的值，也就模擬出了裝置在水下的運(yùn)動(dòng)。

但是我們可以看到，在上述的疊加算法中，為了得到最后穩(wěn)定阻力值，需多次手動(dòng)輸入速度，初始化流場(chǎng)、迭代計(jì)算，并且每一步都要手動(dòng)輸出阻力到表中且結(jié)算下一分段初速度，非常消耗時(shí)間，并且這段時(shí)間工作人員不能離開(kāi)。

在本發(fā)明中，更進(jìn)一步地，為針對(duì)上述算法的執(zhí)行過(guò)程，對(duì)fluent進(jìn)行二次開(kāi)發(fā)，使其能夠自動(dòng)計(jì)算。

在軟件的執(zhí)行過(guò)程中，自動(dòng)計(jì)算過(guò)程包括主要包括如下的三個(gè)主要的步驟:

自定義流場(chǎng)速度傳遞給Fluent；

FLUENT阻力自動(dòng)傳出；

自動(dòng)執(zhí)行仿真過(guò)程。

(1)自定義流暢速度傳遞給Fluent

自定義流場(chǎng)速度自動(dòng)傳入FLUENT的關(guān)鍵是用戶自定義函數(shù)(User－Defined Functions，即UDFs)，UDFs可以提高FLUENT程序的標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算功能。它可以自動(dòng)讀取文本中速度值，并輸入到FLUENT速度端口。

它是用C語(yǔ)言書(shū)寫(xiě)的，有兩種執(zhí)行方式：interpreted型和compiled型。Interpreted型比較容易使用，但是可使用代碼(C語(yǔ)言的函數(shù)等)和運(yùn)行速度有限制。Compiled型運(yùn)行速度快，而且也沒(méi)有代碼使用范圍的限制，但使用略為繁瑣。將C語(yǔ)言程序在記事本中寫(xiě)好之后，保存為.C文件，在FLUENT軟件UDF功能中進(jìn)行編譯、下載。在確定編譯沒(méi)有錯(cuò)誤之后，就可以自定義流場(chǎng)速度的自動(dòng)輸入了。UDF函數(shù)加載完畢之后，點(diǎn)擊邊界條件，對(duì)流場(chǎng)入口“in”設(shè)置速度，選擇“udf inlet_x_velocity：：labudf”。

(2)FLUENT阻力自動(dòng)傳出

速度自動(dòng)輸入之后，就需要實(shí)現(xiàn)仿真過(guò)程的自動(dòng)執(zhí)行，以及當(dāng)前分段的阻力自動(dòng)傳出。

自動(dòng)計(jì)算傳出參數(shù)為裝置外輪廓上的流體阻力，該流體阻力包括壓差阻力和粘性阻力，要想將該參數(shù)傳遞到FLUENT外部做進(jìn)一步處理，只需使用FLUENT軟件中的Reports功能下的write功能即可。write功能可以將仿真結(jié)果也就是阻力值傳出到外部文本中。由于每一步仿真結(jié)果都要執(zhí)行write，所以將其寫(xiě)到仿真過(guò)程自動(dòng)執(zhí)行Journal文件當(dāng)中，實(shí)現(xiàn)每一分段的阻力值自動(dòng)傳出。

而Journal文件的作用就像windows下的批處理文件一樣，文件中包含了一連串的操作命令。Fluent讀入journal文件后，它就會(huì)按照順序執(zhí)行一系列的命令。因?yàn)镕luent的journal相對(duì)比較難編寫(xiě)，所以一個(gè)簡(jiǎn)單的方法就是，設(shè)置的過(guò)程中把設(shè)置過(guò)程保存成journal，相當(dāng)于先在線錄制設(shè)置操作，下次直接調(diào)用而不用自行編寫(xiě)journal文件。具體方法：

(1)FLUENT—File—write—start journal—輸入文件名，

(2)讀入case—設(shè)置相關(guān)參數(shù)—stop journal。這樣journal就生成了，下次使用，直接讀入就行了，F(xiàn)luent—File—read—journal。

本實(shí)施例中錄制的journal文件包含以下內(nèi)容：流場(chǎng)入口速度初始化、仿真步數(shù)設(shè)置、Profile Update Interval設(shè)置、輸出阻力值。

Journal文件與scheme文件的配合使用促成了仿真的自動(dòng)化，二者區(qū)別在于scheme文件只能通過(guò)編寫(xiě)scheme程序得到，而journal文件不僅可以通過(guò)編程得到，還可以直接通過(guò)錄制操作得到，更加方便。引入scheme文件的原因在于journal文件自身不能循環(huán)也不能夠嵌套調(diào)用，所以只能通過(guò)在scheme文件中寫(xiě)入使得journal文件循環(huán)執(zhí)行的語(yǔ)句來(lái)實(shí)現(xiàn)不間斷的計(jì)算。自動(dòng)計(jì)算過(guò)程之所以能夠?qū)崿F(xiàn)自動(dòng)計(jì)算，主要是由于引進(jìn)了scheme文件，其功能是實(shí)現(xiàn)journal文件的循環(huán)，以致于整個(gè)仿真過(guò)程能夠連續(xù)執(zhí)行下去，無(wú)需人來(lái)干預(yù)。

如圖1所示為基于等時(shí)長(zhǎng)疊加算法的裝置水下運(yùn)動(dòng)模擬圖，具體操作如下，即如上所述的當(dāng)速度自動(dòng)輸入之后，仿真過(guò)程的自動(dòng)執(zhí)行按照下述的步驟開(kāi)始執(zhí)行：

(1)已知裝置在初始零時(shí)刻的運(yùn)動(dòng)速度V₀＝0，可以計(jì)算裝置此時(shí)刻加速度a₀＝f(V₀)；

(2)用歐拉法計(jì)算裝置第一分段結(jié)束時(shí)裝置速度V₁＝V₀+f(V₀)Δt，此刻加速度a₁＝f(V₁)，第一分段位移

(3)用歐拉公式計(jì)算第二分段結(jié)束時(shí)預(yù)報(bào)速度V₂⁰＝V₀+2Δtf(V₁)，獲取第二分段的預(yù)報(bào)加速度用梯形公式校正該速度得到同樣可求得此刻加速度a₂＝f(V₂)，第二分段位移為

(4)按照第(3)步方法可求出第3分段結(jié)束時(shí)預(yù)報(bào)速度V₃⁰＝V₁+2Δtf(V₂)，校正后速度加速度a₃＝f(V₃)，該分段位移

(5)以此類推，可求得第k段結(jié)束時(shí)預(yù)報(bào)速度V_k⁰＝V_k-2+2Δtf(V_k-1)，校正速度、加速度、第k分段位移分別為

(式中為第k段結(jié)束由歐拉法得到預(yù)報(bào)速度，f(V_k⁰)為預(yù)報(bào)速度對(duì)應(yīng)加速度)；

(6)如此計(jì)算下去，設(shè)第n分段為最后一段變加速運(yùn)動(dòng)，第n分段以后裝置達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡做勻速運(yùn)動(dòng)，以速度V_n完成剩下m-n段分運(yùn)動(dòng)，則裝置運(yùn)動(dòng)總位移可表示如下：

根據(jù)以上公式，可求出裝置下潛時(shí)間、上浮時(shí)間、回收預(yù)計(jì)時(shí)間以及在海平面裝置回收范圍。

整個(gè)上述的穩(wěn)態(tài)疊加算法的在程序上大的實(shí)現(xiàn)主要包括Fluent單步計(jì)算和數(shù)據(jù)處理兩部分內(nèi)容。

Fluent單步計(jì)算：Fluent單步計(jì)算由前處理、求解和后處理三個(gè)階段組成：前處理包括模型建立、網(wǎng)格劃分、邊界條件設(shè)立等步驟；求解基本思路是將計(jì)算區(qū)域劃分為一系列不重復(fù)的控制體積，并使每個(gè)網(wǎng)格點(diǎn)周?chē)幸粋€(gè)控制體積，再對(duì)待解微分方程的每一個(gè)控制體積積分以完成對(duì)方程的離散化進(jìn)而求解；后處理能夠?qū)Ψ抡娼Y(jié)果進(jìn)行收斂判斷，還可以輸出流體阻力。

數(shù)據(jù)處理:僅通過(guò)Fluent軟件不能模擬裝置的上浮過(guò)程，故處理Fluent單步計(jì)算結(jié)果不可或缺.數(shù)據(jù)處理的目的是將前一分段的流體阻力通過(guò)歐拉預(yù)報(bào)梯-形校正數(shù)值積分法得出后一分段的流體速度，然后以該速度為下一分段初速度求得下一分段的流體阻力，使整個(gè)運(yùn)動(dòng)過(guò)程連續(xù)。

在一個(gè)具體的實(shí)施例中，如圖2、3所示，按照本發(fā)明實(shí)現(xiàn)的水下探測(cè)裝置無(wú)動(dòng)力運(yùn)動(dòng)預(yù)報(bào)及其自動(dòng)計(jì)算方法主要執(zhí)行如下步驟來(lái)進(jìn)行相應(yīng)的計(jì)算：

(a)建立模型與流體一體化模型

本發(fā)明主要利用Solidworks建立模型(其他繪圖軟件均可)，在模型建立過(guò)程中，我們將裝置模型在流場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)與流場(chǎng)畫(huà)成一體化模型，取其對(duì)稱面的一側(cè)，這樣有利于在ANSYS軟件中進(jìn)行流場(chǎng)出入口確定。流場(chǎng)區(qū)域要足夠大，以防流場(chǎng)邊緣湍流影響裝置阻力的計(jì)算。

(b)將模型導(dǎo)入ANSYS中進(jìn)行網(wǎng)格劃分

將幾何模型文件另存為后綴名為IGS的文件，導(dǎo)入ANSYS ICEM軟件中劃分網(wǎng)格。使用ICEM劃分網(wǎng)格前先對(duì)幾何模型進(jìn)行檢查和修正，并將模型劃分為INLET(流體入口)、OUTLET(流體出口)、WALL(流體邊界)、SYMMETRY(流體子域?qū)ΨQ面)、BODY(裝置外輪廓)五個(gè)組成部分。

(c)網(wǎng)格劃分完之后，將網(wǎng)格文件導(dǎo)入到fluent中，設(shè)置相關(guān)參數(shù)

設(shè)置流體類型和流體域，接著選擇流體子域，雙擊“water”，選擇water-liquid；邊界條件設(shè)置，邊界in選為速度入口velocity-inlet,并點(diǎn)擊“Edit”后，在“Velocity Magnitude”欄輸入速度大小，邊界out選為outflow，其他邊界不改變；solution initialization，computer from“in”,再點(diǎn)擊“Initialize”；然后，點(diǎn)擊“Run Calculation”，設(shè)置迭代次數(shù)，點(diǎn)擊計(jì)算。在流體域、流體子域、邊界條件設(shè)置完成以后，將文件保存為CAS類型，下次打開(kāi)時(shí)可直接輸入速度進(jìn)行求解流體阻力。

(d)手動(dòng)輸入速度，初始化流場(chǎng)，計(jì)算阻力

將速度值輸入到velocity-inlet中，初始化流場(chǎng)入口，設(shè)置迭代參數(shù)，計(jì)算阻力值，將的到的阻力值導(dǎo)入表格。

(e)判定阻力是否達(dá)到穩(wěn)定，若穩(wěn)定，則結(jié)束計(jì)算；若不穩(wěn)定，則跳回

步驟(d)繼續(xù)計(jì)算。

由圖3所示，自動(dòng)計(jì)算的主要步驟如下：

(a)編寫(xiě)自定義函數(shù)(User－Defined Functions，即UDFs)，其功能是實(shí)現(xiàn)從文檔中讀取速度自動(dòng)輸入至Fluent中；

(b)編寫(xiě)Journal文件可scheme文件。自動(dòng)計(jì)算過(guò)程之所以能夠?qū)崿F(xiàn)自動(dòng)計(jì)算，主要是由于引進(jìn)了scheme文件，其功能是實(shí)現(xiàn)journal文件的循環(huán)，以致于整個(gè)仿真過(guò)程能夠連續(xù)執(zhí)行下去，無(wú)需人來(lái)干預(yù)。而Journal程序的功能則是實(shí)現(xiàn)流場(chǎng)入口速度初始化、仿真步數(shù)設(shè)置、Profile Update Interval設(shè)置、輸出阻力值。Journal文件與scheme文件的配合使用促成了仿真的自動(dòng)化，二者區(qū)別在于scheme文件只能通過(guò)編寫(xiě)scheme程序得到，而journal文件不僅可以通過(guò)編程得到，還可以直接通過(guò)錄制操作得到，更加方便。引入scheme文件的原因在于journal文件自身不能循環(huán)也不能夠嵌套調(diào)用，所以只能通過(guò)在scheme文件中寫(xiě)入使得journal文件循環(huán)執(zhí)行的語(yǔ)句來(lái)實(shí)現(xiàn)不間斷的仿真。

(c)在程序中我們需要使用四個(gè)文檔，用于存放變量，分別如下：

用于存放原始阻力數(shù)據(jù)的文件：a.txt

用于存放當(dāng)前速度的文件：temp.txt

用于存放循環(huán)次數(shù)m的文件：b.txt

用于存放過(guò)程中產(chǎn)生的所有阻力和速度的記錄文件：c.txt

所以，我們?cè)诜抡孢M(jìn)行前需要在指定路徑建立這四個(gè)文檔。

(d)打開(kāi)Fluent軟件，打開(kāi)手動(dòng)計(jì)算保存的.CAS文件，導(dǎo)入編譯UDFs函數(shù)，第一步手動(dòng)執(zhí)行仿真計(jì)算，將初始速度手動(dòng)輸入到Fluent輸入端口，手動(dòng)啟動(dòng)仿真過(guò)程，將第一步的阻力手動(dòng)輸入到a.txt；調(diào)用scheme文件，執(zhí)行自動(dòng)動(dòng)計(jì)算。

將得到的結(jié)果導(dǎo)入excel表格，生成折線圖與手動(dòng)計(jì)算結(jié)果對(duì)比。

本領(lǐng)域的技術(shù)人員容易理解，以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。