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基于物理规律的气垫船气液介质仿真系统

汇报人：

2024-02-02

REPORTING

目录

引言

气垫船气液介质理论基础

仿真系统架构设计

气垫船气液介质仿真实现方法

仿真结果分析与讨论

结论与展望

PART

01

引言

REPORTING

气垫船作为一种新型水上交通工具，具有高速、高效、两栖等特点，广泛应用于军事、民用领域。

气液介质仿真系统是气垫船研发过程中的重要环节，能够模拟气垫船在不同工况下的气液介质流动特性，为气垫船的设计和优化提供重要依据。

研究气垫船气液介质仿真系统，对于提高气垫船的设计水平、优化气垫船性能、推动气垫船技术的发展具有重要意义。

国内研究现状

01

国内在气垫船气液介质仿真系统方面的研究起步较晚，但近年来随着计算机技术和数值计算方法的不断发展，相关研究取得了显著进展。

国外研究现状

02

国外在气垫船气液介质仿真系统方面的研究较为成熟，已经形成了较为完善的理论体系和实验方法，并在实际应用中取得了良好效果。

发展趋势

03

随着计算机技术的不断进步和数值计算方法的不断完善，气垫船气液介质仿真系统将会更加精确、高效和智能化，为气垫船的设计和优化提供更加可靠的技术支持。

本研究旨在开发一套基于物理规律的气垫船气液介质仿真系统，通过对气垫船在不同工况下的气液介质流动特性进行模拟和分析，为气垫船的设计和优化提供重要依据。

主要内容

建立一套精确、高效、易用的气垫船气液介质仿真系统，实现对气垫船在不同工况下的气液介质流动特性的准确模拟和快速分析，为气垫船的设计、优化和性能评估提供有力支持。同时，该系统还可为其他类似水上交通工具的气液介质仿真提供参考和借鉴。

目标

PART

02

气垫船气液介质理论基础

REPORTING

空气垫的存在减少了船体与水面或地面的摩擦阻力，从而提高了气垫船的航行速度和效率。

气垫船通过控制空气垫的压力和分布，可以实现不同的航行姿态和稳定性。

气垫船通过大型鼓风机将空气压入船底，形成一层空气垫，使船体与水面或地面之间保持一定距离。

气液介质动力学是研究气体和液体之间相互作用和运动规律的学科。

在气垫船中，气液介质动力学主要涉及空气垫与水面或地面之间的相互作用和运动规律。

空气垫的压力、分布和运动状态对气垫船的航行性能、稳定性和安全性具有重要影响。

在气垫船气液介质仿真系统中，需要应用多种物理规律来模拟实际的气垫船运动状态。

这些物理规律包括牛顿运动定律、流体力学方程、热力学方程等，用于描述气垫船的运动、空气垫的压力和分布、以及气液之间的相互作用。

通过仿真模型中的物理规律应用，可以预测和优化气垫船的航行性能，提高设计效率和降低实验成本。

PART

03

仿真系统架构设计

REPORTING

01

02

04

基于物理规律的气垫船气液介质仿真，重点考虑气垫船与气液介质的相互作用。

采用模块化设计，便于功能扩展与维护。

引入高性能计算技术，提高仿真速度和精度。

支持多种气垫船模型和不同气液介质环境的仿真。

03

气垫船模型模块

气液介质模块

交互模块

数据处理模块

01

02

03

04

负责气垫船的动力学建模和运动仿真。

模拟气液介质的物理特性和对气垫船的作用。

提供用户与仿真系统的交互接口，包括参数设置、结果展示等。

负责仿真数据的处理、存储和输出。

气垫船模型模块根据参数计算气垫船的运动状态，并将结果传递给气液介质模块。

气液介质模块根据气垫船的运动状态更新气液介质的物理特性，并将作用力传递给气垫船模型模块。

仿真结束后，数据处理模块将仿真结果输出给用户，支持结果的可视化和数据分析。

数据处理模块负责实时记录和处理仿真数据，包括气垫船的运动轨迹、气液介质的物理参数等。

用户通过交互模块设置仿真参数，启动仿真过程。

PART

04

气垫船气液介质仿真实现方法

REPORTING

有限体积法

采用有限体积法对气液两相流进行离散化处理，保证计算精度和稳定性。

流体动力学方程

基于Navier-Stokes方程和连续性方程，建立气液两相流的数学模型。

优化算法

采用高效的迭代算法和多重网格技术，加速计算收敛速度，提高仿真效率。

考虑气垫船实际运行中的边界条件，如水面波动、气垫压力分布等，确保仿真结果的准确性。

边界条件

采用非结构化网格对计算域进行离散化，根据气液两相流的特性进行局部加密处理，以提高计算精度。

网格划分

应用动网格技术模拟气垫船运动过程中的网格变形，保证仿真的连续性和准确性。

动网格技术

采用MPI（MessagePassingInterface）等并行计算框架，实现多节点、多核并行计算。

并行计算框架

区域分解

数据通信与同步

将计算域分解为多个子区域，分配给不同的计算节点进行处理，提高计算效率。

通过高效的数据通信和同步机制，确保各计算节点之间的信息交