[发明专利]一种物体在洋流中下落的数值仿真方法及系统

说明书

本发明提供了一种物体在洋流中下落的数值仿真方法及系统，其中，根据初始水池参数和初始物体参数，建立水池模型和物体模型；根据预设的网格参数对水池模型进行网格划分；根据预设的洋流参数，设置水池模型的边界条件和流体运动参数，形成仿真洋流模型；根据预设的物理参数，建立物体模型在液体中自由下落模型；所述自由下落模型建立步骤包括设置物体模型下落的动网格：生成六面体区域的背景网格；将物体模型下落的子网格通过overset网格嵌入到背景网格中；将物体模型在液体中自由下落模型导入仿真洋流模型中，启动仿真步骤；本发明方便的模拟不同物体在不同洋流情况下的下落的过程，成本更低。

技术领域

本发明属于数值建模与仿真领域，尤其涉及一种物体在洋流中下落的数值仿真模型建立及方法分析。

背景技术

本部分的陈述仅仅是提供了与本发明相关的背景技术信息，不必然构成在先技术。

随着对深海资源的探索逐渐增多，深海起重机在海洋中下放物体的作业被运用得越来越广泛。因为作业环境日益复杂，深海起重机在海上作业时，负载在进入水中后下落的过程出现了许多干扰问题。负载可能会由于海浪、洋流以及船舶自身的航行而不能安全到达目的放置点。这样就有可能造成甲板与负载之间的碰撞，产生损坏，或者缆绳因张力过大而断裂从而带来更严重的安全问题。所以在海洋升降过程中的负载在水流中的受力和运动情况进行研究是很有必要的。同时，研究刚体在流体中的运动具有广泛的科学意义和技术应用价值，也为实际水利工程设计提供有价值的参考。

发明人发现，为了使物体平稳的在洋流中下落，并实现对洋流中下落物体的有效控制，事先应该先获得物体在洋流中下落时的运动路径、运动速度以及物体所受到的洋流作用力。因此物体在洋流中下落的数值仿真及模型建立就十分必要。

目前，对海上起重机的大多数研究主要集中在起重机船体的分析上，而忽略了水下有效负载的运动以及水下洋流对有效负载运动的影响，如何确保负载物体下落过程的安全性，特别是当水有一定的流速的时候，是目前急需要解决的技术问题。

发明内容

为了解决上述问题，对水下物体在洋流中下落的研究至关重要，本发明考虑了洋流模型，将能够准确预测物体的运动状态以便更好地对物体进行控制，通过设置洋流模型，能够极大的方便和简化工程巨大、价格昂贵的物理实验，而且实验结果将更加准确。

对此，本发明的目的是提供基于OpenFOAM的物体在洋流中下落的数值仿真模型建立方法，其可以方便的模拟任意形状、尺寸的物体在不同参数的洋流条件下的下落情况，成本更低，模型的建立和设置也更加的灵活，具有很大的灵活性和广泛的实用性。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

第一方面，本发明提供了一种物体在洋流中下落的数值仿真方法，包括：

根据初始水池参数和初始物体参数，建立水池模型和物体模型；

根据预设的网格参数对水池模型进行网格划分；根据预设的洋流参数，设置水池模型的边界条件和流体运动参数，形成仿真洋流模型；

根据预设的物理参数，建立物体模型在液体中自由下落模型；所述自由下落模型建立步骤包括设置物体模型下落的动网格：生成六面体区域的背景网格；将物体模型下落的子网格通过overset网格嵌入到背景网格中；

将物体模型在液体中自由下落模型导入仿真洋流模型中，启动仿真步骤，仿真输出物体模型在各个方向上的运动轨迹、运动速度以及受力参数的变化情况。

第二方面，本发明提供一种物体在洋流中下落的数值仿真系统，包括：

模型构建模块，其用于根据初始水池参数和物体参数，建立水池模型和物体模型，形成仿真水池环境，并根据预设的网格参数对水池模型进行网格划分；

仿真洋流环境形成模块，其用于根据预设的洋流参数，设置模型的边界条件，形成仿真洋流模型；