[发明专利]一种风浪中船舶失速系数的直接计算方法

说明书

本发明提供一种船舶风浪中失速系数的直接计算方法，包括S1：建立物理模型；S2：建立CFD数值模拟计算域，将S1建立的裸船体模型、螺旋桨和舵的物理模型导入CFD数值模拟软件，建立CFD数值模拟计算域；S3：设置数值模型，定义S2所述CFD数值模拟计算域各边界条件，确定脉动风速变化规律，确定随机波浪参数和成分波，设定CFD数值求解模型；S4：数值计算，初始化流场及设置，根据S2建立的CFD数值模拟计算域和S3所设置的数值模型，获取随机风浪中船舶速度变化曲线，得到速度降低的平均值，计算出船舶风浪中失速系数。

技术领域

本发明涉及船舶水动力耐波性领域，尤其涉及一种风浪中船舶失速系数的直接计算方法。

背景技术

传统的船舶设计主要针对船舶在静水条件下的阻力和推进性能。然而，当船舶在波浪中航行时，波浪对船舶带来的阻力增加，会直接导致船舶的速度损失，引起船舶失速，影响船舶的推进性能，造成船舶运行性能和经济效益的损失。船舶失速是直接影响船舶能效设计指数中的一项关键参数，船舶设计者通常在初期设计阶段将失速系数f_w假设为1.0的恒定值，然而f_w的实际值直接影响EEDI的计算，这就对f_w的评估方法提出了更高的要求。

目前在船舶耐波性研究领域，大多采用势流理论方法或粘性流体的计算流体动力学方法(Computational Fluid Dynamics，简称CFD)开展船舶在波浪中航行的研究。对于波浪中船舶航行的波浪增阻和速度损失的研究大多是基于若干特定规则波中的阻力结果，利用波谱计算不规则波中的平均波浪增阻。

现有的船舶在波浪中航行的研究中基于势流理论的方法缺乏真实粘性效应的考虑，或仅采用经验估计对粘性效应修正。基于粘流 CFD的计算方法考虑了完全非线性和粘性的影响，但需要针对每个成分规则波中的波浪增阻进行计算，这会带来大量的计算案例，耗时巨大，而且还需要人工后处理收集数据，利用波浪增阻计算结果另行计算船舶失速结果。综上所述，有待发明一种考虑真实粘性效率的，提高CFD计算效率的船舶失速系数计算方法。

发明内容

本发明提供一种风浪中船舶失速系数的直接计算方法，解决了现有船舶失速系数计算方法没有考虑真实粘性效率的问题。

为达到以上目的，本发明采取的技术方案是：

一种船舶风浪中失速系数的直接计算方法，包括S1：建立物理模型，收集目标船舶船体、螺旋桨、舵的型线型值数据，根据目标船舶船体、螺旋桨、舵的型线型值数据，使用三维建模软件建立裸船体模型和螺旋桨、舵的物理模型；

S2：建立CFD数值模拟计算域，将S1建立的裸船体模型、螺旋桨和舵的物理模型导入CFD数值模拟软件，建立CFD数值模拟计算域，设置大地坐标系、船体运动坐标系、螺旋桨旋转坐标系以及船舶六自由度运动模块；

S3：设置数值模型，定义S2所述CFD数值模拟计算域各边界条件，确定脉动风速变化规律，确定随机波浪参数和成分波，设定CFD 数值求解模型；

S4：数值计算，初始化流场及设置，根据S2建立的CFD数值模拟计算域和S3所设置的数值模型，获取随机风浪中船舶速度变化曲线，得到速度降低的平均值，计算出船舶风浪中失速系数。

优选地，S2具体包含以下步骤：

S201：处理物理模型，将S1所述船舶裸船体模型和舵的物理模型合并为整体模型，将S1所述螺旋桨的物理模型作为单独模型；

S202：划分计算区域，将S201所述整体模型和单独模型导入CFD 数值模拟软件，进行计算区域划分，所述计算区域划分包括背景域、船体运动域和螺旋桨旋转域三个部分；