[发明专利]一种船用Magnus减摇装置粗糙度优化系统

权利要求书

1.一种船用Magnus减摇装置粗糙度优化系统，其特征包括：模型参数输入模块、受力分析模块、粗糙度集输入模块、虚拟仿真平台模块、粗糙度优化决策模块；

所述模型参数输入模块，用于接收用户输入的相关物理模型参数信息，并对其进行规范化处理，涉及的具体参数包括Magnus减摇装置参数和船舶运动状态参数，最后将处理后的信息输出至受力分析模块；

所述受力分析模块，用于依据输入的参数信息对减摇装置的升/阻力作用情况进行分析，并将分析后的结果输出至虚拟仿真平台模块；

所述粗糙度集输入模块，用于解析壁面函数并分析粗糙面分布规律，具体涉及到解析粗糙面高度集和粗糙面分布密度，最后将分析后的结果输出至虚拟仿真平台模块，其中解析壁面函数包括如下步骤：

S1.1：在壁面函数添加一项关于粗糙度的函数ΔR，在考虑粗糙度影响时的壁面函数的对数分布律u⁺为：

式中：u_p为近壁面第一个网格点的速度，u^*为壁面切应力速度，y_p为近壁面第一个网格点距离壁面的距离，K和E为经验常数，密度ρ为998.16(kg/m³)，运动粘性系数v为1.0037×10⁶(m²/s)；

S1.2：定义关于粗糙度的无量纲数K_s⁺：

式中：K_s为粗糙度(mm)，其物理意义为粗糙面的高度；

S1.3：当0＜K_s⁺＜2.25时，粘性子层覆盖了整个粗糙面的顶峰，粗糙面并没有进入湍流层，此时粗糙度函数：

ΔR＝0 (3)

S1.4：当2.25＜K_s⁺＜90时，粗糙面的顶峰已经部分跃出粘性子层进入了湍流区域，此时粗糙度函数：

式中：C_s为粗糙度常数；

S1.5：当K_s⁺＞90时，粗糙面已经大部分跃出粘性子层，几乎全部进入了湍流区域，此时粗糙度函数：

所述虚拟仿真平台模块，依据输入的信息对减摇装置升/阻力特性进行仿真试验，并输出试验结果至粗糙度优化决策模块，其中仿真试验包括如下步骤：

S2.1：建立Magnus减摇装置的几何模型和计算域，设置边界条件；

S2.2：将网格导入FLUENT中，检查网格并调整模型的比例及单位；

S2.3：选择求解器和求解方法，加载湍流能量方程；

S2.4：选择需要求解的湍流能量方程；

S2.5：选取Magnus减摇装置的材料及计算域的物理特性；

S2.6：指定边界条件，调节解的控制参数；

S2.7：初始化流场，并开始迭代求解过程；

S2.8：将求解后的收敛结果导入后处理软件；

S2.9：分析处理后的压力云图、流线图，并拟合数据；

S2.10：对比航速、转速是否达到额定航速、转速，达到时仿真完成；未达到时对S2.6中的边界条件进行修改，并重复S2.6至S2.9的计算步骤；

所述粗糙度优化决策模块，用于对仿真试验结果进行优化分析。