微分幾何に基づく船型CADシステムとCFD間のインターフェースに関する研究

基于微分几何的船型CAD系统与CFD接口研究

基本信息

批准号：
14750728
负责人：
勝井辰博
金额：
$ 2.18万
依托单位：
Osaka Prefecture University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Young Scientists (B)
财政年份：
2002
资助国家：
日本
起止时间：
2002 至 2003
项目状态：
已结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-14750728/
关键词：
CFD CAD 随伴変数法感度解析計算流体力学

项目摘要

本研究は、微分幾何学に基づいたCADシステムによって作成された船型とそのまわりのCFD解析による流場とを簡潔に結びつけることを目的としている。平成14年度には2次元翼形状を対象とし、簡易的なCADとしてベジェ曲線を用いて翼形状を表現した。その形状パラメタとCFD解析による流場との関係については、随伴変数法を用いて感度解析を行うことにより、迅速に形状と流場を結びつけられることを示した。本年度は、随伴変数法を応用して2次元粘性流場の逆解析手法を構築することを試みた。随伴変数法は流場の支配方程式の性質に着目した効率的感度解析手法である。この手法では、物体周りの流れを考える場合、物体形状と流場がそれぞれ変化したときに生じる支配方程式の残差がお互いキャンセルするように形状変化に対して流場変化を拘束する。この関係は、局所線形化された支配方程式を解くことによって、非常に短時間に求めることができる。逆に流場の変化に対して、形状の変化を拘束することも可能である。このことは、流場の変化を指定したときに、それに対応するような形状が求められることを意味する。これはまさに逆解析そのものである。しかしこれは前述のとおり、局所線形化した方程式に基づく解法であるため、指定する流場変化量を大きくとると、流場に支配方程式の非線形性から、解に誤差を生ずる。この誤差修正には、ニュートン法に準じた繰り返し計算を行う手法を用いた。この手法を2次元キャビティー流れに適用した。具体的には適当な境界条件の下にキャビティー流れを解き、キャビティー内のある点の流速が指定した値となる境界条件を求める逆問題を解いた。その結果、計算格子数が少ない場合については、極めて迅速に逆解析が実行できることを確認した。この手法は物体周りの流れに対しても適用可能であると考えられる。以上の成果をもって、本年度の所期の目的はほぼ全て達成できたと考える。

这项研究的目的是通过CFD分析，基于差异几何形状和周围的流场创造的CAD系统创建的容器形状。在2002年，机翼形状针对二维机翼形状，而翼形则以bezier曲线作为简单的CAD表示。关于基于CFD分析的形状参数与流场之间的关系，我们已经表明，可以使用随附的变量方法进行灵敏度分析以快速链接形状和流场。今年，我们试图通过应用随附的变量方法来构建一种二维粘性流场的反分析方法。随附的变量方法是一种有效的灵敏度分析方法，该方法着重于流场的管理方程的性能。在此技术中，考虑对象周围的流动时，流场变化受到形状变化的约束，以使当对象形状和流场变化分别相互取消时发生的管理方程式的残差。可以通过求解局部线性化的管理方程来在很短的时间内在很短的时间内确定这种关系。相反，也可以将形状的变化限制为流场的变化。这意味着，当指定流场的更改时，需要与其相对应的形状。这正是反向分析。但是，如上所述，这是基于局部线性化方程的解决方案，因此，如果流场指定的变化量很大，则解决方案中的错误将由于流场中管理方程的非线性而发生。使用牛顿方法的重复计算方法进行了此误差校正。该技术应用于二维腔流。具体而言，在适当的边界条件下求解了腔流量，并解决了反问题以找到边界条件，其中腔内某个点的流速为指定值。结果，可以证实，当计算晶格的数量较小时，可以非常快速地进行逆分析。该技术也被认为适用于围绕对象流动。通过上述结果，我们认为我们今年几乎所有预期的目标已经实现。