aMeSim與FLUeNT聯(lián)合仿真技術(shù)實(shí)現(xiàn)方法及工程應(yīng)用

陳士強(qiáng)，范瑞祥，黃 兵，黃 輝

（1. 北京宇航系統(tǒng)工程研究所，北京，100076；2. 中國(guó)運(yùn)載火箭技術(shù)研究院，北京，100076）

aMeSim與FLUeNT聯(lián)合仿真技術(shù)實(shí)現(xiàn)方法及工程應(yīng)用

陳士強(qiáng)1，范瑞祥2，黃 兵1，黃 輝1

（1. 北京宇航系統(tǒng)工程研究所，北京，100076；2. 中國(guó)運(yùn)載火箭技術(shù)研究院，北京，100076）

介紹aMeSim與FLUeNT平臺(tái)的應(yīng)用領(lǐng)域和優(yōu)缺點(diǎn)，分析數(shù)值仿真的發(fā)展趨勢(shì)和聯(lián)合仿真對(duì)工程研究的意義，給出aMeSim與FLUeNT聯(lián)合仿真運(yùn)行模式、模型建立、二次開發(fā)、調(diào)試啟動(dòng)的方法和技術(shù)細(xì)節(jié)，并結(jié)合液體運(yùn)載火箭研究具體工程問題進(jìn)行實(shí)際應(yīng)用，對(duì)比實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)與仿真結(jié)果，驗(yàn)證聯(lián)合仿真的有效性，為多學(xué)科優(yōu)化設(shè)計(jì)提供可選方案。

聯(lián)合仿真；aMeSim；FLUeNT；二次開發(fā)；工程應(yīng)用

0 引 言

隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)和科學(xué)計(jì)算理論的飛速發(fā)展，數(shù)值仿真在工程研究領(lǐng)域的重要性日益明顯，已成為與理論分析、試驗(yàn)研究同等重要的研究方法；實(shí)現(xiàn)多領(lǐng)域、跨專業(yè)、跨平臺(tái)的集成仿真，解決多學(xué)科優(yōu)化問題已成為數(shù)值仿真的重要發(fā)展趨勢(shì)。

基于二次開發(fā)的aMeSim與FLUeNT聯(lián)合仿真技術(shù)可以在全面研究系統(tǒng)特性基礎(chǔ)上，通過平臺(tái)間數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)交互，獲得重點(diǎn)組件的內(nèi)部特性，豐富對(duì)復(fù)雜系統(tǒng)特性的認(rèn)識(shí)和分析能力，增強(qiáng)對(duì)組件與系統(tǒng)間耦合關(guān)系的理解，實(shí)現(xiàn)單一仿真軟件難以完成的系統(tǒng)與組件并重的多學(xué)科優(yōu)化目標(biāo)，滿足工程領(lǐng)域?qū)?shù)值仿真的應(yīng)用需求[1]。液體運(yùn)載火箭技術(shù)研究方面典型潛在應(yīng)用包括增壓輸送全系統(tǒng)電、氣、液一體化研究及對(duì)貯箱內(nèi)部氣液兩相流和推進(jìn)劑熱分層實(shí)時(shí)影響分析，復(fù)雜力、熱條件引射循環(huán)預(yù)冷全系統(tǒng)流動(dòng)與傳熱特性研究及引射器內(nèi)部特性變化、引射參數(shù)對(duì)系統(tǒng)實(shí)時(shí)影響分析，推力震蕩引起脈動(dòng)流動(dòng)對(duì)輸送系統(tǒng)影響及重點(diǎn)組件內(nèi)部流動(dòng)特性分析。

本文給出了aMeSim與FLUeNT聯(lián)合仿真的實(shí)現(xiàn)方法，結(jié)合液體運(yùn)載火箭輸送管路脈動(dòng)流動(dòng)特性研究和部分實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)對(duì)聯(lián)合仿真進(jìn)行了詳細(xì)分析，為航天工程中復(fù)雜系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)提供思路和參考。

1 aMeSim與FLUeNT平臺(tái)簡(jiǎn)介

1.1 aMeSim平臺(tái)

aMeSim是一種工程系統(tǒng)仿真高級(jí)建模環(huán)境，基于直接圖形接口，采用模塊化建模與仿真方法，提供了工程研究中常用分析模塊庫(kù)，包括信號(hào)庫(kù)、液壓庫(kù)、氣動(dòng)庫(kù)、機(jī)械庫(kù)、熱庫(kù)、兩相流庫(kù)、多體庫(kù)、混合氣體庫(kù)等，便于用戶在統(tǒng)一的應(yīng)用平臺(tái)中完成多學(xué)科仿真系統(tǒng)的構(gòu)建、組件參數(shù)設(shè)置、動(dòng)態(tài)或靜態(tài)仿真、結(jié)果分析以及優(yōu)化設(shè)計(jì)等工作過程。

aMeSim具備強(qiáng)魯棒性智能求解器，強(qiáng)大的二次開發(fā)和數(shù)據(jù)分析（線性分析、模態(tài)分析、頻譜分析、優(yōu)化分析和質(zhì)量分析等）能力，多種仿真運(yùn)行模式和豐富靈活的軟件接口，在汽車、電子、航空航天、石油化工等多個(gè)領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用[1～4]。但aMeSim平臺(tái)作為一維多領(lǐng)域仿真平臺(tái)，在多維度系統(tǒng)特性研究和復(fù)雜流動(dòng)與傳熱細(xì)節(jié)方面模擬能力較差。

1.2 FLUeNT 平臺(tái)

FLUeNT是組件級(jí)cFd軟件的典型代表，憑借其豐富的算法與物理模型、強(qiáng)大的網(wǎng)格處理和用戶自定義功能，成為復(fù)雜外形組件流動(dòng)與傳熱特性數(shù)值仿真的重要工具[5～7]。FLUeNT具有友好的操作界面和前、后處理功能，可以實(shí)現(xiàn)交互控制，并且對(duì)各種機(jī)器與操作系統(tǒng)具有很好的適應(yīng)性。FLUeNT平臺(tái)的應(yīng)用限制在流動(dòng)與傳熱領(lǐng)域，對(duì)于系統(tǒng)級(jí)多學(xué)科優(yōu)化問題能力略顯不足，計(jì)算收斂性和效率受幾何外形復(fù)雜度影響嚴(yán)重，動(dòng)特性分析能力差，不適合全系統(tǒng)特性研究。

1.3 接口梳理

aMeSim可以提供豐富的力、熱、電、磁、信號(hào)、機(jī)械等接口。結(jié)合工程中廣泛涉及的熱、氣動(dòng)、液壓、兩相流、機(jī)械和信號(hào)6個(gè)系統(tǒng)，aMeSim數(shù)據(jù)輸入、輸出接口參數(shù)主要包括：a）熱接口，如溫度、比熱、比焓、熱流；b）流體接口，如加速度、速度、流量、體積流量、干度；c）力接口，如壓力、摩擦力、推力、阻力；d）機(jī)械接口，如長(zhǎng)度、面積、位移、質(zhì)量；e）信號(hào)接口。接口參數(shù)的獲得主要通過aMeSim傳感器模塊輸出、信號(hào)庫(kù)模塊運(yùn)算或用戶直接設(shè)定。

FLUeNT的數(shù)據(jù)輸入接口參數(shù)包括邊界條件參數(shù)、物性參數(shù)、運(yùn)行參數(shù)等。可以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)交互的邊界條件主要包括壓力入口、速度入口、流量入口、壓力出口和壓力遠(yuǎn)場(chǎng)；物性參數(shù)和運(yùn)行參數(shù)包括換熱系數(shù)、表面張力系數(shù)、過載系數(shù)、干度、初場(chǎng)參數(shù)等。數(shù)據(jù)輸出通過UdF計(jì)算參數(shù)值，可以獲得流動(dòng)、傳熱相關(guān)的多種參數(shù)，如特定截面的壓力、流量、溫度等，并可以求解復(fù)雜幾何型面的微積分量。

壓力、溫度和流量是聯(lián)合仿真模型關(guān)鍵接口參數(shù)，需要根據(jù)研究系統(tǒng)特性和運(yùn)行條件的不同進(jìn)行合理劃分，從而實(shí)現(xiàn)聯(lián)合仿真模型數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)交互。利用FLUeNT的動(dòng)網(wǎng)格技術(shù)，還可以與aMeSim實(shí)現(xiàn)力與位移的機(jī)械接口數(shù)據(jù)交互。

2 aMeSim與FLUeNT聯(lián)合仿真

2.1 運(yùn)行模式

圖1給出了aMeSim與FLUeNT聯(lián)合仿真運(yùn)行模式，包括涉及到的軟件平臺(tái)及相互關(guān)系。

根據(jù)FLUeNT和aMeSim的特性，聯(lián)合仿真建模分析一般基于Windows Xp操作系統(tǒng)計(jì)算平臺(tái)，涉及到的商業(yè)軟件包括aMeSim、FLUeNT和Microsoft Visual Studio，各軟件之間相互耦合。FLUeNT為主軟件，通過UdF實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的輸入、輸出和.dll文件的調(diào)用；aMeSim為輔軟件，生成供調(diào)用的.dll文件，通過“通用數(shù)據(jù)交互”模塊實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的輸入、輸出；Microsoft Visual Studio為媒介軟件，實(shí)現(xiàn)橋梁作用。在運(yùn)行過程中，F(xiàn)LUeNT通過二次開發(fā)實(shí)現(xiàn)聯(lián)合仿真數(shù)據(jù)交互、邊界條件確認(rèn)、運(yùn)行參數(shù)設(shè)置等操作。

圖1 聯(lián)合仿真運(yùn)行模式示意

2.2 模型建立

aMeSim與FLUeNT聯(lián)合仿真模型建立流程如圖2所示。

圖2 聯(lián)合仿真模型建立流程

系統(tǒng)簡(jiǎn)化與劈分：按照合理的假設(shè)和簡(jiǎn)化條件，將復(fù)雜的工程應(yīng)用系統(tǒng)簡(jiǎn)化為可以采用aMeSim與FLUeNT建模分析的模型系統(tǒng)，并將模型系統(tǒng)劈分為兩個(gè)子系統(tǒng)，即結(jié)構(gòu)與邊界條件較為復(fù)雜或采用一維分析方法即可較好研究系統(tǒng)特性的子系統(tǒng)a和需要深入分析內(nèi)部流動(dòng)與傳熱特性的子系統(tǒng)B。

接口數(shù)據(jù)劃分：根據(jù)子系統(tǒng)的劈分結(jié)果和實(shí)際工況中兩個(gè)子系統(tǒng)之間的物理聯(lián)系，合理設(shè)定子系統(tǒng)數(shù)據(jù)交互類型，包括邊界參數(shù)、物性參數(shù)、運(yùn)行參數(shù)等。

子模型構(gòu)建與驗(yàn)證：采用aMeSim對(duì)子系統(tǒng)a建模，主要包括物性、機(jī)械、氣動(dòng)、液壓、兩相流、換熱、信號(hào)和“通用數(shù)據(jù)交互模塊”，對(duì)于更為復(fù)雜或特殊應(yīng)用的子系統(tǒng)需要有針對(duì)性地進(jìn)行aMeSim二次開發(fā)；FLUeNT對(duì)子系統(tǒng)B建模，主要包括構(gòu)建幾何模型、劃分網(wǎng)格、設(shè)定邊界條件與運(yùn)行參數(shù)以及二次開發(fā)；子模型構(gòu)建完畢后需要進(jìn)行驗(yàn)證，主要包括模型及參數(shù)合理性、計(jì)算穩(wěn)定性、網(wǎng)格無關(guān)性等。

聯(lián)合仿真模型：FLUeNT模型通過Microsoft Visual Studio調(diào)用aMeSim模型，實(shí)現(xiàn)聯(lián)合仿真模型的構(gòu)建。

2.3 二次開發(fā)

二次開發(fā)是aMeSim與FLUeNT聯(lián)合仿真技術(shù)的核心，主要包括aMeSim模塊二次開發(fā)、Scheme腳本和UdF程序3個(gè)部分。

2.3.1 aMeSim模塊二次開發(fā)

aMeSim模塊二次開發(fā)不是聯(lián)合仿真的必備工作，如果aMeSim標(biāo)準(zhǔn)庫(kù)可以滿足子系統(tǒng)a的建模需求，這項(xiàng)工作可以省略。當(dāng)子系統(tǒng)a的功能需求超出標(biāo)準(zhǔn)庫(kù)的建模能力時(shí)，需要采用aMeSim平臺(tái)包中的aMeSet進(jìn)行二次開發(fā)，包括在已有模塊基礎(chǔ)上進(jìn)行完善和開發(fā)新模塊兩種模式。

覆蓋范圍內(nèi)的標(biāo)簽大多數(shù)都會(huì)被重復(fù)清點(diǎn)，而對(duì)于一次清點(diǎn)任務(wù)來說，標(biāo)簽被清點(diǎn)到多次與清點(diǎn)到一次意義相同，因此大量的重復(fù)清點(diǎn)不僅效率低，而且增加了清點(diǎn)任務(wù)執(zhí)行的時(shí)間。目的就是減少或消除標(biāo)簽被重復(fù)清點(diǎn)，提高清點(diǎn)效率，縮短清點(diǎn)任務(wù)時(shí)間。

aMeSet是LMS公司提供的aMeSim二次開發(fā)工具，允許用戶選擇Fortran 77或c語言進(jìn)行模塊開發(fā)，并結(jié)合Microsoft Visual Studio進(jìn)行模塊編譯與調(diào)試[1]。2.3.2 Scheme腳本

Scheme 語言是LISp 語言的一個(gè)變種，編寫的腳本文件可以被FLUeNT讀入并編譯，生成如圖3所示的聯(lián)合仿真控制面板，為FLUeNT的自動(dòng)化執(zhí)行提供更好的操作體驗(yàn)，極大地優(yōu)化聯(lián)合仿真過程中文件完備性檢查、邊界條件選擇與設(shè)定、計(jì)算參數(shù)設(shè)定和初始化工作。

Scheme腳本程序開發(fā)主要實(shí)現(xiàn)7個(gè)功能：a）定義“整型（int）”和“整型列表（integer-list）”變量，分別用于存放交互數(shù)據(jù)（如壓力、流量、推力、溫度）的類型代碼和交互數(shù)據(jù)在FLUeNT中所處的域指針（如壓力出口、壓力出口、壁面）；b）為腳本生成的聯(lián)合仿真控制面板劃定子區(qū)域，指定每個(gè)子區(qū)域包含的整型變量、整型列表變量及功能變量；c）設(shè)定Scheme中整型列表變量與FLUeNT中邊界類型的對(duì)應(yīng)關(guān)系；d）設(shè)定控制面板中功能按鈕的操作，包括與UdF命令執(zhí)行宏“deFINe_ON_ deMaNd”形成對(duì)應(yīng)調(diào)用關(guān)系（如聯(lián)合仿真文件完備性檢查、初始化），系統(tǒng)文件操作（打開幫助文檔、記錄文檔）等；e）設(shè)定控制面板各子區(qū)域與整型列表變量相關(guān)的功能量按鈕及選擇框的位置和尺寸，并得到FLUeNT中對(duì)應(yīng)邊界條件的域指針；f）設(shè)定控制面板各子區(qū)域與整型變量相關(guān)的功能按鈕及選擇框的位置和尺寸，并得到用戶在選擇框進(jìn)行選擇操作后的交互數(shù)據(jù)類型；g）在FLUeNT工具欄中添加聯(lián)合仿真控制面板選項(xiàng)，實(shí)現(xiàn)面板標(biāo)識(shí)和打開功能。

圖3 Scheme腳本生成的聯(lián)合仿真控制面板

2.3.3 UdF程序

聯(lián)合仿真模型通過UdF實(shí)現(xiàn)交互數(shù)據(jù)在FLUeNT的輸入、設(shè)定、變量計(jì)算、輸出以及聯(lián)合仿真的初始化。

UdF包括5個(gè)文件：udf.c需要用戶結(jié)合具體模型進(jìn)行二次開發(fā)；helper_functions.c，helper_functions.h，import_dll_utils.c和import_dll_utils.h編譯后調(diào)用aMeSim生成的.dll文件[1]。

udf.c文件主要包括以下幾個(gè)部分：a）變量定義模塊，包括定義與Scheme腳本相對(duì)應(yīng)的變量、udf.c中使用的中間變量和需要計(jì)算輸出的變量；b）FLUeNT邊界條件和參數(shù)設(shè)定模塊，通過deFINe宏實(shí)現(xiàn)，主要包括deFINe_pROFILe宏、deFINe_pROpeRTY宏和deFINe_SOURce宏；c）FLUeNT輸出參數(shù)計(jì)算模塊，按照c語言語法規(guī)則開發(fā)子模塊實(shí)現(xiàn)計(jì)算功能，如壓力、溫度、流量和作用力的計(jì)算；d）與Scheme聯(lián)合仿真控制面板對(duì)應(yīng)的執(zhí)行模塊，通過deFINe_ON_deMaNd宏實(shí)現(xiàn)，包括文件完備性檢查、初始化等；e）一個(gè)時(shí)間步長(zhǎng)結(jié)束后，aMeSim與FLUeNT數(shù)據(jù)交互模塊，通過deFINe_eXecUTe_ aT_eNd宏實(shí)現(xiàn)。

2.4 調(diào)試啟動(dòng)

聯(lián)合仿真模型調(diào)試包括Scheme腳本調(diào)試、udf.c文件調(diào)試和子模型調(diào)試。

聯(lián)合仿真啟動(dòng)操作步驟：

a）運(yùn)行FLUeNT；

b）打開aMeSim模型，并設(shè)置到“運(yùn)行（Simulation→ Temporal analysis mode）”模式，調(diào)整好計(jì)算時(shí)間步長(zhǎng)；

c）FLUeNT讀入與aMeSim模型處于同一文件夾下的.cas和.dat文件，其中.dat文件來自于子模型調(diào)試中的合理計(jì)算結(jié)果，作為FLUeNT模型的初場(chǎng)數(shù)據(jù)；d）將UdF所需文件移至相應(yīng)文件夾，編譯UdF；e）FLUeNT加載編譯好的UdF，設(shè)定相關(guān)邊界條件、參數(shù)及數(shù)據(jù)交互；

f）FLUeNT讀入Scheme腳本，打開聯(lián)合仿真控制面板，選擇計(jì)算域和參數(shù)，檢查文件完備性，初始化模型；

g）設(shè)定FLUeNT非穩(wěn)態(tài)計(jì)算模型的時(shí)間步長(zhǎng)和單個(gè)時(shí)間步長(zhǎng)內(nèi)迭代次數(shù)，啟動(dòng)聯(lián)合仿真。

2.5 結(jié)果分析

聯(lián)合仿真的結(jié)果分析可以采用aMeSim和FLUeNT平臺(tái)各自進(jìn)行，針對(duì)某些特性進(jìn)行選擇性研究；也可以將數(shù)據(jù)導(dǎo)出，采用第三方軟件統(tǒng)一進(jìn)行數(shù)據(jù)分析挖掘，充分研究系統(tǒng)的綜合特性。

3 聯(lián)合仿真工程應(yīng)用

三通管路是液體運(yùn)載火箭的典型結(jié)構(gòu)，包括輸送管路、供配氣管路、控制氣管路等。三通管路內(nèi)壓力和流量脈動(dòng)特性是管路綜合特性研究的重要內(nèi)容，對(duì)于較長(zhǎng)的管路結(jié)構(gòu)和復(fù)雜外界輸入條件，采用單一軟件平臺(tái)難于全面分析系統(tǒng)特性。本文采用聯(lián)合仿真方法對(duì)存在三通結(jié)構(gòu)的輸送系統(tǒng)流量脈動(dòng)進(jìn)行時(shí)域和頻域特性分析，同時(shí)獲得三通結(jié)構(gòu)內(nèi)部實(shí)時(shí)的速度分布和壓力分布，并與部分實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行了對(duì)比。

3.1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)參數(shù)及輸入條件

輸送系統(tǒng)包括主管路、球形三通和左右兩個(gè)分支管（見圖4）。主管路高0.5 m、直徑0.16 m，分支管長(zhǎng)3 m、直徑0.11 m，球形三通內(nèi)徑0.2 m。工質(zhì)為水，溫度300 K，初始狀態(tài)系統(tǒng)內(nèi)靜壓450 kpa，不考察系統(tǒng)溫度特性；左右分支管分別主動(dòng)施加頻率9 Hz、幅值流量0.34 kg/s的同頻反向正弦脈動(dòng)質(zhì)量流量；球形三通左端口為主端口，固定靜壓450 kpa。

圖4 典型輸送系統(tǒng)示意

3.2 子系統(tǒng)及接口梳理

子系統(tǒng)a由aMeSim建模，包括兩個(gè)分支管和激勵(lì)輸入系統(tǒng)；子系統(tǒng)B由FLUeNT建模，包括主管路和球形三通。aMeSim向FLUeNT輸入?yún)?shù)為球形三通左端口速度、右端口壓力和主管路頂端壓力；FLUeNT向aMeSim輸入?yún)?shù)為球形三通右端口質(zhì)量流量（即右分支管入口質(zhì)量流量）。

3.3 子模型

聯(lián)合仿真模型由aMeSim與FLUeNT子模型構(gòu)成。aMeSim模型實(shí)現(xiàn)脈動(dòng)流量輸入，計(jì)算分支管內(nèi)部流動(dòng)和壓力的時(shí)域和頻域特性，分支管模型采用均布的5個(gè)節(jié)點(diǎn)采集數(shù)據(jù)，即兩端點(diǎn)、0.75 m、1.5 m和2.25 m處；FLUeNT模型分析主管路與球形三通在脈動(dòng)流量影響下的內(nèi)部流動(dòng)特性，并向aMeSim模型實(shí)時(shí)反饋球形三通的阻尼效應(yīng)。

3.4 結(jié)果分析

圖5給出了分支管質(zhì)量流量、1.5 m處節(jié)點(diǎn)壓力和球形三通端口壓力的時(shí)域特性。

圖6為分支管質(zhì)量流量和分支管內(nèi)1.5 m處節(jié)點(diǎn)壓力的頻域特性。

圖5 聯(lián)合仿真時(shí)域分析結(jié)果

圖6 輸送系統(tǒng)頻域分析結(jié)果

續(xù)圖6

綜合圖5、圖6a、圖6b仿真結(jié)果可得，在流動(dòng)特性方面，左右分支管質(zhì)量流量基本一致（主管路存在一定的分流作用），9 Hz附近存在與輸入激勵(lì)頻率相對(duì)應(yīng)的尖峰；右分支管經(jīng)球形三通的阻尼作用，9 Hz附近的尖峰數(shù)值有所降低。在壓力特性方面，由于左端口流量波動(dòng)和右分支管輸入激勵(lì)，球形三通右端口存在明顯的壓力波動(dòng)，且振幅較大；左分支管與球形三通接口處壓力為固定值450 kpa，管內(nèi)壓力波動(dòng)較小，右分支管內(nèi)部則出現(xiàn)了劇烈的壓力震蕩；左右分支管均在9 Hz附近出現(xiàn)尖峰，同時(shí)右分支管激勵(lì)出1.5 Hz附近的低頻脈動(dòng)。

對(duì)比圖6b、圖6c可得，右分支管內(nèi)1.5 m處節(jié)點(diǎn)的壓力頻域特性仿真結(jié)果與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)均在7～10 Hz附近存在與輸入激勵(lì)頻率相對(duì)應(yīng)的二階振動(dòng)，幅值略有差別；聯(lián)合仿真預(yù)示了實(shí)驗(yàn)中管路系統(tǒng)激勵(lì)出1～3 Hz附近的低頻一階振動(dòng)，而幅值高一些。仿真結(jié)果與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)在振動(dòng)幅值上的差別主要是因?yàn)榉抡婺Ｐ筒捎昧撕?jiǎn)化條件，對(duì)實(shí)際系統(tǒng)內(nèi)部的湍流效應(yīng)、阻力效應(yīng)等考察較為簡(jiǎn)單，模型系統(tǒng)阻尼較小，使計(jì)算幅值偏大。

圖7、圖8給出了FLUeNT子模型計(jì)算的不同時(shí)刻主管路和球形三通內(nèi)速度、壓力云圖。

圖7 t=2 s時(shí)，主管路和球形三通內(nèi)速度、壓力云圖

圖8 t=2.22 s時(shí)，主管路和球形三通內(nèi)速度、壓力云圖

由圖7、圖8可見，在主管路中，流體隨高度的升高重力勢(shì)能增加，流動(dòng)減弱，對(duì)分支管內(nèi)脈動(dòng)流動(dòng)的分流作用減小；流體從球形三通一端進(jìn)入后絕大部分從另一端流出，與aMeSim子模型計(jì)算結(jié)果相符；由于球形三通的截面突擴(kuò)效應(yīng)，流體進(jìn)入后靜壓略有升高，在兩端口底部連接處效應(yīng)顯著；球形三通左右端口壓差增大時(shí)，流體的速度會(huì)顯著增加。

4 結(jié)束語

本文立足數(shù)值仿真在工程研究中的發(fā)展趨勢(shì)，結(jié)合商業(yè)軟件平臺(tái)aMeSim和FLUeNT的特點(diǎn)，分析了aMeSim與FLUeNT聯(lián)合仿真的重要意義，給出了聯(lián)合仿真的實(shí)現(xiàn)方法，并結(jié)合液體運(yùn)載火箭三通管路流量脈動(dòng)時(shí)域和頻域特性分析進(jìn)行了工程應(yīng)用，為復(fù)雜工程問題的多學(xué)科優(yōu)化研究提供參考。

致 謝

本文的研究得到LMS公司多位工程師的幫助，在此表示感謝。

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Approach Method and Engineering Application of Co-simulation between AMESim and FLUENT

chen Shi-qiang1, Fan Rui-xiang2, Huang Bing1, Huang Hui1
(1. Beijing Institute of aerospace Systems engineering, Beijing, 100076; 2. china academy of Launch Vehicle Technology, Beijing, 100076)

Some background materials about simulation platforms, aMeSim and FLUeNT are introduced, which includes their application fields, advantages and disadvantages. The developing trend of numerical simulation and the meaningful effect of co-simulation to engineering research are analyzed. Main steps of approach method of co-simulation between aMeSim and FLUeNT are presented on typical engineering issue, particularly the basic operation mode, interface variable analysis, simulation modeling approach, user defined secondary developing code, compiling and running co-simulation model. engineering application of co-simulation is approved for the research field of liquid launch vehicle technology. The simulation results are validated based on experimental data and the effectiveness of co-simulation method is approved, which would be a choice for multi-disciplinary optimization design.

co-simulation; aMeSim; FLUeNT; Secondary developing; engineering application

Tp311.52

a

1004-7182(2016)01-0092-06

10.7654/j.issn.1004-7182.20160122

2014-12-05；

2015-04-28

陳士強(qiáng)（1986-），男，博士，工程師，研究方向?yàn)橐后w運(yùn)載火箭動(dòng)力系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)