文档介绍：2005 Fluent 中国用户大会论文集

FLUENT 与 Patran 的接口实现及其在船舶力学中的应用

吴龙周冷文浩
(中国船舶科学研究中心无锡 116 信箱信息技术室, 214082)

摘要:本文结合当前 FLUENT 和 Patran 软件的特点,并针对船舶力学计算、流固耦合分析等的需要,
阐述了两者接口开发的重要性。文章还对 FLUENT 和 Patran 接口的功能、开发过程做了详细的介绍,并给
出了应用的算例说明,对接口在船舶力学中的应用做了有启发性的展望。
关键词:FLUENT Patran 前后处理系统 PCL 二次开发

1 引言
FLUENT 和 Patran 软件各自的优势
FLUENT 是专业的流体计算软件,具有强大的流场计算功能。作为最通用的 CFD 软件
包,用来模拟从不可压缩到高度可压缩范围内的复杂流动。由于采用了多种求解方法和多重
网格加速收敛技术,因而 FLUENT 能达到最佳的收敛速度和求解精度。灵活的非结构化网
格和基于解的自适应网格技术及成熟的物理模型,使 FLUENT 在转捩与湍流、传热与相变、
化学反应与燃烧、多相流、旋转机械、动/变形网格、噪声、材料加工、燃料电池等方面有
广泛应用。FLUENT 在流场计算领域的强大,得到了业界的充分肯定。
最早由美国宇航局(NASA)倡导开发的, 是工业领域最著名的并行框架式
有限元前后处理及分析系统, 其开放式、多功能的体系结构可将工程设计、工程分析、结
果评估、用户化身和交互图形界面集于一身,构成一个完整 CAE 集成环境。其突出特点是:
z 实用性。这就意味着当有经验的使
用者正专著于他们的问题而不是如何使用软件时, 那些新用户也可以很快成为熟练的
使用者。
z 完全的分析集成将世界先导的不同类型的分析软件和技术集成一个公
共的环境中共用一个模型, 为用户提供了其他任何软件所无可比拟的灵活性, 使用户能
够在最短的时间内根据多种类型的仿真结果对产品的整体设计给出正确的判断, 提出
相应的改进建议。
z 用户化技术用户可将作为自己的前后处理器, 并利用其强大的 PCL 语
言和编程函数库把自行开发的应用程序和功能及针对特殊要求开发的内容直接嵌入
的框架系统, 或单独使用或与其它系统联合使用, 提高市场竞争能力。
显而易见,开发两者的接口是强强联合的举措。
舰船 CFD 研究的特点
中国船舶科学研究中心在舰船 CFD 计算方面,有多年的经验,在舰船建模、网格划分、
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边界条件设置等方面,已经有了相当成熟的积累。但这些经验和知识,往往只存在于专家的
头脑中,这显然不利于舰船 CFD 研究工作的继承以及工作的深入、持续地开展。如果能够
针对舰船 CFD 研究的特点,结合专家在 CFD 应用方面的宝贵经验,用一种客户化的开发工
具,开发和研制舰船 CFD 方面的专用前后处理软件,并向专家系统靠拢,必将大大方便和
促进舰船 CFD 研究工作的开展,也使舰船 CFD 研究经验得以传承和发展。
流固耦合计算的需求
开发 FLUENT 和 Patran 接口的一个明显的好处就是,将大大方便流固耦合计算的开展。
以前的做法是用 Gambit 建模并设置边界条件,在 FLUENT 中求解;将模型和流场计算结果
再导入 Patran,作为结构分析的模型,用 Nastran 进行结构分析。如果涉及优化,则需多次
重复以上过程。而如果有了 FLUENT 和 Patran 的接口话,则有如下明显的优势:
(1) 流场和结构分析的前后处理器统一在 Patran 一个平台下
(2) 流场和结构分析共用一个模型,避免了模型转换中信息的丢失和不一致
(3) 流场计算的结果可以直接作为结构计算的边界条件,便于迭代、优化计算
(4) 模型及其所有的相关数据,以数据库的形式得以管理
2 系统设计
总体框架设计
依据 Patran 的接口设计规范,构造出接口系统的总体框架图,如图 1 所示。模型在 Patran
中建立好后,通过一个转换程序,生成 cas 文件,供 FLUENT 读入。经 FLUENT 计算后,
将结果文件再读入 Patran,并可进一步处理为边界条件,供结构分析求解器(如 Nastran)
使用。
功能模块设计
整个接口系统的功能模块,依据 FLUENT 和