一种基于CFD的船舶涂装仿真及建模方法.pdf

(19)国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN115828808A(43)申请公布日2023.03.21(21)申请号202211373006.4(22)申请日2022.11.03(71)申请人大连中远海运海事工程技术有限公司地址116600辽宁省大连市经济技术开发区东北大街37号(72)发明人陈松(74)专利代理机构沈阳利泰专利商标代理有限公司21209专利代理师史进斗(51)Int.Cl.G06F30/3308(2020.01)G05B17/02(2006.01)权利要求书2页说明书6页附图2页(54)发明名称一种基于CFD的船舶涂装仿真及建模方法(57)摘要本发明公开了一种基于CFD的船舶涂装仿真及建模方法，该方法包括以下步骤：建立内流场仿真模型；建立外流场仿真模型；仿真计算；本发明中的方法基于CFD技术和循环优化的思想，提供了一整套包含喷涂内流场和外流场的仿真和建模方法，该方法涉及到内外两个流场的仿真，它包括：建立船舶外板喷涂仿真不同型号喷嘴的内腔体模型，创建船体外板喷涂仿真的外流场模型，可以满足不同结构和型号的喷枪在多种控制参数(喷涂压力、喷涂速度等)组合下的仿真需要，将内流场仿真得到的结果用于外流场仿真，保证了数值仿真的连续性，并可以将外流场的仿真结果反馈至喷嘴内腔体结构的设计通过仿真加以验证，具有非常理想的实用价值。CN115828808ACN115828808A权利要求书1/2页1.一种基于CFD的船舶涂装仿真及建模方法，其特征在于：包括以下步骤：建立内流场仿真模型；建立外流场仿真模型；仿真计算；所述建立内流场仿真模型包括：S1:建立船体外板喷涂仿真的不同型号或结构的喷嘴内腔体模型；S2:设定喷嘴的雾化压力，利用喷嘴内腔体模型进行船体外板喷涂的内流场仿真，获得不同型号及结构喷嘴的压力变化和流量之间的关系；所述建立外流场仿真模型包括：根据内流场所得结果，定义外流场仿真的数值模型，其中包括离散相模型、虚拟喷嘴及其参数、湍流模型、边界条件；所述仿真计算包括：根据船体外板喷涂外流场仿真的结果，调整喷涂控制参数或改进喷嘴内腔体结构及喷嘴型号，进行分析判断该仿真喷涂的控制参数是否可取，若可取，则得到可取的控制参数和喷嘴结构及型号，若不可取，则改变压力或喷嘴结构及型号，根据内流场仿真所得的关系结果对外流场再次进行仿真，直到得到可取的控制参数或喷嘴结构及型号。2.根据权利要求书1所述的一种基于CFD的船舶涂装仿真及建模方法，其特征在于：所述S1步骤中喷嘴内腔体模型需要参考实际喷嘴的型号和结构，根据喷嘴型号等效口径的物理意义，保证前端球型喷头开口面积和等效口径喷嘴面积相等。3.根据权利要求书1所述的一种基于CFD的船舶涂装仿真及建模方法，其特征在于：所述S2步骤中具体包括：根据喷嘴内腔体几何模型进行网格划分，得到喷嘴内腔体的网格模型，并将其导入CFD软件；根据内流场中涂料的流动状态，在CFD软件中设置粘性计算模型，并根据喷涂压力对入口边界条件进行定义；通过CFD数值仿真，得到当前型号和结构喷嘴的压力‑流量关系及其他仿真结果。4.根据权利要求书1所述的一种基于CFD的船舶涂装仿真及建模方法，其特征在于：所述建立外流场仿真模型的尺寸足够大，能够囊括理论的喷涂扇面，且流场边界与虚拟喷嘴有充足的距离，以减少边界初始化对于喷涂仿真的影响，以最大程度贴近实际喷涂中的作业环境。5.根据权利要求书1所述的一种基于CFD的船舶涂装仿真及建模方法，其特征在于：所述定义外流场喷涂仿真的数值模型，具体包括以下步骤:设置连续相数值模型和离散相数值模型，所述连续相数值模型用于控制外流场内气体的运动，所述离散相数值模型包括：对虚拟喷嘴的类型、位置、尺寸、射流量信息进行定义，所述虚拟喷嘴的类型选择需参考实际喷嘴和仿真软件综合确定，最大程度的保证虚拟喷嘴的射流分布、涂料雾化和实际喷涂中相吻合；设置连续相和离散相的耦合，以考虑涂料和气体的相互影响，特别是气体对于涂料雾化和运动的影响；根据实际喷涂中涂料的雾化性质在CFD软件中选择雾化模型，并对模型中的雾化参数进行设置；考虑雾化粒子间的碰撞和合并，并对粒子轨迹的追踪进行控制，以便研究流域中粒子的扩展和飞溅运动。2CN115828808A权利要求书2/2页6.根据权利要求书1所述的一种基于CFD的船舶涂装仿真及建模方法，其特征在于：所述外流场仿真模型中的虚拟喷嘴射流信息的定义使用了内流场仿真的结果，即针对不同结构和型号的喷嘴在不同仿真压力下设定不同的流量值。7.根据权利要求书1所述的一种基于CFD的船舶涂装仿真及建模方法，其特征在于：所述外流场仿真模型的边界条件包括连续相(气相)边界要素和离散相(雾滴)边界要素，所述连续相边界要素用于控制流场中气相的运动，包括速度进口、压力出口以及其余流场壁面边界；所