如何使用CFD開啟你童年記憶中的那艘橡皮筋船？工程師童年的航行夢

05-29

作為工程師或科研工作者的你，是否也在童年親自動手製作過一艘橡皮筋船呢？如果你沒造過船，那也許自己動手做過四驅車或航模吧？每個工程師的童年都有一個航行夢，無論是深藍的大海還是深邃的太空。

圖片來源於互聯網

那麼從事於模擬工作的你，是否思考過如何使用工業級的模擬工具在虛擬的世界裡最大限度地真實復現曾經記憶中的那艘橡皮筋船？

基於傳統的CFD方法，想模擬一艘自動在水中游弋的船並非那麼容易。但是基於下一代的無網格粒子法CFD，這種複雜的自由運動剛體和流體的耦合變得非常簡單。

首先，我們需要使用普通的CAD工具創建一個簡單的橡皮筋船和流體域。要創建的幾何模型包括：

1.簡單的船身

2.十字架形的推進器

3.流體域（一個長方體與橡皮筋船進行布爾運算）

4.一個容器

在shonDy軟體中，需要定義橡皮筋船為selfMotionBody，並給定推進器一個運動模式，這裡我們給定一個隨時間變化的旋轉角速度。這裡的旋轉角速度為一個矢量，滿足右手定律。在模擬過程當中，船身和推進器作為一個整體滿足於流體相互作用下的自由運動規律。作為局部的構件，推進器按照用戶給定的角速度旋轉。然後，就可以輕鬆得到下面的模擬結果。

CFD模擬不是動畫片

這裡肯定有朋友會問，可以模擬真實的船隻嗎？答案是可以的，當然計算量是個不容忽視的問題，往往需要上百甚至上千個核計算幾天時間。

上圖是模擬一個帶推進船隻落入水中的過程。