CFD工程师手中那艘童年记忆里的橡皮筋船

以下文章来源于shonDy粒子法流体仿真 ，作者王溪

作为工程师或科研工作者的你，是否也在童年亲自动手制作过一艘橡皮筋船呢？如果你没造过船，那也许自己动手做过四驱车或航模吧？每个工程师的童年都有一个航行梦，无论是深蓝的大海还是深邃的太空。

图片来源于互联网

那么从事于仿真工作的你，是否思考过如何使用工业级的仿真工具在虚拟的世界里最大限度地真实复现曾经记忆中的那艘橡皮筋船？

基于传统的CFD方法，想模拟一艘自动在水中游弋的船并非那么容易。但是基于下一代的无网格粒子法CFD，这种复杂的自由运动刚体和流体的耦合变得非常简单。

首先，我们需要使用普通的CAD工具创建一个简单的橡皮筋船和流体域。要创建的几何模型包括：

1.简单的船身

2.十字架形的推进器

3.流体域（一个长方体与橡皮筋船进行布尔运算）

4.一个容器

在shonDy软件中，需要定义橡皮筋船为selfMotionBody，并给定推进器一个运动模式，这里我们给定一个随时间变化的旋转角速度。这里的旋转角速度为一个矢量，满足右手定律。在模拟过程当中，船身和推进器作为一个整体满足于流体相互作用下的自由运动规律。作为局部的构件，推进器按照用户给定的角速度旋转。然后，就可以轻松得到下面的模拟结果。

CFD模拟不是动画片

CFD模拟不是动画片

CFD模拟不是动画片

这里肯定有朋友会问，可以模拟真实的船只吗？答案是可以的，当然计算量是个不容忽视的问题，往往需要上百甚至上千个核计算几天时间。

上图是模拟一个带推进船只落入水中的过程。