船舶型线生成光顺系统SLINE与计算流体力学软件FLUENT的数据接口实现

要求 CAD 软件能对船体表面具有分块的功 能, 使整个曲面能由剖分成的几个曲面组合而成。这 一功能对于保留具特征意义的折线、折点等要求来
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目前考虑与 FLU EN T 软件接口的是 SL IN E 软件。
3. 1 SL INE 软件的特点 《SL IN E 船舶型线生成光顺系统》是本所严家
文研究员自主开发的船舶 CAD 专用软件。 该系统 可向船舶总体设计师提供丰富灵活的船舶型线生成
本接口方案, 由 CAD 输出的文件, 将实现向 T ECPLO T (流行的后处理软件) 和 FLU EN T 两个 方向的转换。前一转换所得的一个文件, 可为 T EC2 PLO T 接受, 实现在 T ECPLO T 窗口中观察曲面定 义的情况。 经后一转换, 将得到一组文件, 文件个数 与曲面分块数相同, 即一个分块曲面对应一个文件。 这组文件中数据的排列符合 FLU EN T 软件的要 求。这一组文件由 FLU EN T 读入后, 即可进一步蒙 成曲面。
因此, 建立本所自主开发的船舶 CAD 专用软 件与 CFD 软件的接口, 是一项相当有意义的工作。
本文介绍船舶型线生成光顺系统 SL IN E 与计 算流体力学软件 FLU EN T 的数据接口实现。
说, 甚为必要。 要求每块ຫໍສະໝຸດ Baidu拟予输出的点, 呈结构化分布排列。
即每一分块上, 拟予输出的点均可以两个参数 i、j 编号, 1≤i≤N i, 1≤j ≤N j , 形成行与列的排列形式, 沿这两个指数方向, 点一般呈均匀分布。沿这两个指 数方向, 要求每一分块上的 N i、N j 均可任意确定。 对这些点要求输出其 x、y、z 坐标。
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船 舶 SH IP & BOA T
D ecem ber, 2004 NO. 6
在保证曲面光顺之下确定, 或由 CAD 软件确定, 部 分量系通过人机交互指定。因此存在因人而异、因不
同软件而异的不确定性和品质的差异, 尽管这种差 异在工程观点说来, 尚可接受。 1. 3 船舶 CAD 软件的状况
确定块数, 指定每块上的 N i、N j 值等操作均在 CAD 软件的输出屏幕上进行, 并在此屏幕上实时显 示分块情况和所确定的全部拟予输出的点的分布情
况。也即, 面向 CFD 的输出功能, 是一般 CAD 软件 原有功能的延伸, 是原有功能的拓展。
而所有这些信息, 即块数, 每块的 N i、N j , 每点 的 x、y、z 坐标值, 按协议的顺序排列, 以 A SC II 文 件输出 (见附录)。
的 SL IN E 系统和NU BL IN E 系统软件。 1. 4 CFD 与 CAD 软件接口的状况
目前通用 CFD 软件如 FLU EN T 等, 由于接受 IGES、ST EP 等通用数据格式, 均已提 供 与 流 行 CAD 软件如 p ro 2E 等的接口, 与 NA PA 等船舶专 用 CAD 软 件 也 能 实 现 连 接。 而 SL IN E 系 统 和 NU BL IN E 系统软件在结果输出方面, 所提供的数 据均不能直接被 CFD 软件输入应用。
Keywords: Sh ip m ou lded lines fa iring system ; CAD; CFD ; da ta in terface Abstract: T he in terface rea liza t ion of sp ecia l sh ip CAD softw a re and ca lcu la ted hyd rodynam ic (CFD ) soft2 w a re is help fu l to so lve the bo t t leneck of the w ho le hyd rodynam ic ca lcu la t ion, and fo rm the sh ip design qu ick respon se ab ility. T h is p ap er in t roduces the da ta in terface rea liza t ion and app lica t ion of SL IN E a sh ip m ou lded lines fa iring system and FLU EN T a ca lcu la ted hyd rodynam ic softw a re develop ed by M A R IC.
CFD 要求输入的曲面定义, 是一个点集, 其中 每个点都处在此曲面上。 要求点集中包含足够多的 点, 使由之蒙成的曲面, 能较真实地还原船型。也即, 由此点集生成的曲面, 具有确切的轮廓边界, 保留具 有特征意义的折线、折点, 保留原有的局部平面, 原 有的曲面部分保持足够的光顺, 平面与曲面保持顺 畅、自然的连接和过渡 (见图 1)。 2. 2 对 CAD 面向 CFD 的输出功能的要求
目前采用间接接口方案, CAD 软件对一艘船仅 输出一个文件, 包含了全部有关的信息。这一接口方 案中, CAD 软件所具有的对船体曲面的定义功能,
船舶型线生成光顺系统 SL IN E 与计算流体力学软件 FLU EN T 的数据接口实现
如 2. 2 及 3. 1 所述。 输出文件中数据排列格式按双 方专门协议约定, 具体可见于实例。
形成 CFD 面向船舶设计的快速响应能力, 因而具有重要实际意义。本文介绍了本所自主开发的船舶型线生成光顺 系统 SL IN E 与计算流体力学软件 FLU EN T 的数据接口实现及应用情况。
[ 中图分类号 ]T P274 [ 文献标识码 ]A [ 文章编号 ]100129855 (2004) 0620043204
总的来说, 一般制造行业的 CAD 软件主要针 对机械设计开发, 并不直接适应船舶行业的应用。特 别是船舶型线设计更有其独特的功能、性能要求。因
此, 一些船舶设计研究单位或完全自主开发或在通 用 CAD 软件平台上二次开发线型设计系统, 较著 名的有芬兰的 NA PA 、瑞典的 TR IBON 等专业软 件。 本所目前主要应用的线型设计是本所自主开发
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[ 计算机应用 CAD ]
船舶型线生成光顺系统 SL IN E 与 计算流体力学软件 FLU EN T 的数据接口实现①
蔡荣泉 严家文 王金宝 冯学梅
(708 研究所 上海 200011)
[ 关键词 ]船舶型线光顺系统; CAD; CFD; 数据接口 [ 摘 要 ]实现船舶 CAD 专用软件与计算流体力学 (CFD ) 软件的接口, 有利于化解整个流动计算工作的瓶颈,
船体曲面通常由型值表定义。 型值表对船体曲 面的定义, 采用如下形式, 即
y = y (x , z ) x = i∃x 0 ≤ i ≤ 20 z = k ∃z 0 ≤ k < 10
辅以
z = z (x , y )
x = i∃x y = j ∃y 1 ≤ j ≤ 3 一般, j、k 均为正整数。i 通常也为整数, 但有时 也扩展为以 2i 或 4i 为整数。 ∃x、∃y、∃z 按习惯确 定。x、y、z 分别为纵、横、垂直坐标, 原点在船艏底部 或船艉底部或船舯底部。 船体曲面的特点是: 轮廓形状复杂; 曲面内部 一般包括部分平面。由此, 一些剖面曲线由直线与曲 线组成, 同时, 部分剖面曲线凹凸相间。 这些均使得 这些剖面线存在切点甚至折点, 整个曲面存在折线。 而型值表相对稀疏, 以此定义如此复杂的曲面, 并不充分, 因而使得轮廓线 (曲面边界线) 信息缺乏, 直线段与曲线段交截信息也不完备。 这些缺乏的信息, 在由型值表确定曲面的过程 中, 一般由试验室或船厂人员借助于船型设计图纸,
和修改光顺功能, 可通过母型变换产生符合性能要 求的新船型线。型线采用三次非均匀B 样条作数学 描述。详细内容可见由严家文研究员编写的《SL IN E 简介》一文。
SL IN E 目前实现了 2. 2 节所述功能, 这也是我 们首选该软件实现与 FLU EN T 接口的原因。
并且, SL IN E 还能对分块上点的分布, 通过屏 幕上对自动均匀分布的点用鼠标拖动, 实现非均匀 的、人工指定的分布。此外, SL IN E 还能在船体表面 上随意添加辅助曲线, 以作为分块子区域的边界 线, 从而大大提高了部分区域的灵活性。 3. 2 目前专门协议下的接口方案和文件转换
The rea l iza tion of in terface between da ta from sh ip l ines fa ir ing
system SL INE and from cacula ted hydrodynam ic sof tware FL UENT
Ca i Ro ngquan Yan J iaw en W ang J inbao F eng X uem e i
2 对船舶型线设计软件的要求
3 目前的接口方案
2. 1 自主开发的船舶 CAD 软件的输出和 CFD 要 求的输入
本所自主开发的 CAD 软件的输出, 是设计图 纸, 主要包括一些线条。作为描述对象的二维空间曲 面, 被定义成此曲面上一些特定的曲线。这些曲线被 输出到屏幕上, 有些 CAD 软件还将之输出到绘图 机, 或者向 A u toCAD 输出 dxf 格式的文件, 借助 A u toCAD 再 输 出 到 绘 图 机。 即 本 所 自 主 开 发 的 CAD 软件的输出功能, 一度是仅面向船舶设计师 的需求。
1 实现 CAD 与 CFD 软件数据接口的 必要性
1. 1 高品质且快捷地定义船体曲面的重要性 CFD 计算在应用 CFD 商用软件情况下, 前处
理工作占用了相当比例的工时。 商用软件所提供的 功能虽使空间网格的生成以及工作量相对下降, 但 是对象物体曲面的定义、所需花费的工时及对计算 工作的品质影响, 又显得突出。 特别对一些复杂曲 面, 如船舶、汽车等的外表面, 能否高品质且快捷地 定义其表面, 成为整个计算工作的瓶颈。 1. 2 船体曲面复杂性
2. 3 直接接口方案与间接接口方案 CAD 软件与 CFD 软件的接口, 实际上是实现
数据文件的交接。 原则上, 可以是直接的交接, 即 CAD 软件的输出文件直接作为 CFD 软件的输入文 件, 此时, CAD 软件的输出文件需符合 CFD 软件的 协议要求。 实际上, 也可以是间接的交接, 即 CAD 软件的输出文件, 经一定的转换, 再作为 CFD 软件 的输入, 此时 CAD 软件输出文件中数据的排列, 可 按其他的协议实现。
① [ 收稿日期 ]2004- 9- 3 [ 作者简介 ]蔡荣泉 (1944- ) , 男, 汉族, 研究员, 博士生导师, 从事船舶计算流体力学研究工作。
严家文 (1954- ) , 男, 汉族, 研究员, 从事船舶CAD 研究工作。 王金宝 (1969- ) , 男, 汉族, 高工, 从事船舶流体力学研究工作。 冯学梅 (1976- ) , 女, 汉族, 博士, 从事船舶流体力学研究工作。
实现两个转换, 系借助于用 FO R TRAN 语言编 写的程序。
3. 3 通 用 数 据 格 式 IGES 下 的 SL INE 软 件 与 FL UENT 软件接口
除此之外, 通用数据格式 IGES 实际上也是一 套有关曲面定义的协议规则。 目前, 船舶型线生成 光顺系统 SL IN E 与计算流体力学软件 FLU EN T 之间, 还能实现采用 IGES 格式文件的直接交接。
也即, 本所目前已经具备了两种 SL IN E 软件与 FLU EN T 软件的数据接口方法。
实现船舶型线生成光顺系统 SL IN E 与计算流体力 学软件 FLU EN T 的数据接口, SL IN E 将光顺的船 体曲面提交给 FLU EN T , 使流动计算的品质得到保 证。一些复杂的流动现象, 如涡的出现、局部分离等, 清晰可见。