为NAPA船体几何快速创建CFD流体计算域

天洑软件

CAESES作为船舶水动力优化平台，经常要面对各式各样的原始船体几何，其中就有NAPA生成的IGS. 熟悉NAPA的人都知道，NAPA输出的船体文件是由大量的碎面拼接而成, 碎面之间存在缝隙，并有穿刺重叠，对CFD计算很不友好， 因为常见的CFD工具诸如 SHIPFLOW, STAR-CCM+, FINE/Marine都对船体表面质量有一定要求。

问题来了：我们如何才能创建一个完全封闭（Watertight）的船体表面以及相应的流体域？

典型的NAPA输出的船体几何

挑战

当我们仔细观察这些碎面的表面网格，你会发现相邻碎面的边界并不重合，因此会留有空隙。 常见的CFD网格生成器，很难将这些缝隙自动修复。即便是CAESES自带的Trimesh功能（快速缝合并将表面三角网格化）， 也很难处理这种情况，红色高亮显示缝隙太大，无法缝合。

如果我们将缝合的阀值调大，试图将红色的大缝隙给闭合，结果也是徒劳的，因为此时其它小的碎面边界也会被强制粘合（边界距离小于阀值）。下图显示了另外一种情况就是碎面边界相互穿刺，显然这些都不是我们想要的。

在传统的CAD软件中，手动修复这些几何错误是相当枯燥的工作，如何通过点几下鼠标就能解决这些问题，是我们要在CAESES中努力实现的。

自动化解决方案

近期，我们在CAESES中开发出了这样一个全自动化的解决方案，当然船体几何如果是重度破损的话，可能会不奏效。然而从我们接触到的绝大多数案例来看，这个解决方案还是有效的，非常干净利落。

目标是NAPA IGS文件以及其它一些CAD软件（Rhino等）输出的几何，我们研发出了针对船体曲面特征的缝合修复技术-BRep，Brep技术可以生成一个完全封闭的船体几何，通过它再创建流体计算域就没有任何问题了。

这种方法使用起来非常方便， 它是通过Feature来实现调用，用户只需要选择船体几何文件并设置相应的流体域边界即可。如果需要STL输出格式，还可以酌情调整面网格精度，同时船体甲板和艉封板面也已经通过角度阀值（split-by-angle）自动区分开来。

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