一种斜浪波浪增阻数值预报方法.pdf

(19)国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN115859475A(43)申请公布日2023.03.28(21)申请号202211694205.5(22)申请日2022.12.28(71)申请人江苏科技大学地址212003江苏省镇江市京口区梦溪路2号(72)发明人杨云涛(74)专利代理机构南京苏高专利商标事务所(普通合伙)32204专利代理师柏尚春(51)Int.Cl.G06F30/15(2020.01)G06F30/28(2020.01)G06F119/14(2020.01)权利要求书4页说明书10页附图2页(54)发明名称一种斜浪波浪增阻数值预报方法(57)摘要本发明公开了一种斜浪波浪增阻数值预报方法，步骤如下：读取船舶型值，自动生成船体的9节点高阶网格；构建高阶离散边界积分方程，求解流场非定常扰动势；计算非定常流体作用力和运动响应；斜浪波浪增阻数值预报。本发明所提出的波浪增阻预报方法不仅可以适用于船舶迎浪航行工况，还可以适用于任意斜浪；本发明在传统势流理论的基础上，引入横摇粘性阻尼系数，克服了传统势流理论无法考虑流体粘性，横摇运动计算不准确，从而斜浪波浪增阻计算不准确的问题；本发明推导了移动脉动源格林函数沿水平方向积分的解析公式，避免了由于移动脉动源格林函数沿水平方向的高频振荡引起的数值计算的不准确问题。CN115859475ACN115859475A权利要求书1/4页1.一种斜浪波浪增阻数值预报方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)读取船舶型值，自动生成船体的9节点高阶网格；(2)构建高阶离散边界积分方程，求解流场非定常扰动势；(3)计算非定常流体作用力和运动响应；(4)斜浪波浪增阻数值预报。2.根据权利要求1所述的一种斜浪波浪增阻数值预报方法，其特征在于，所述步骤(1)具体为：(1.1)读取船舶型值，基于NURBS形成船体的9节点高阶离散网格，网格文件包含各单元节点的坐标信息和单元连接信息；(1.2)将单元节点的坐标转换到原点o位于重心正上方的平均静水面、x轴指向船舶前进方向、z轴竖直向上的右手坐标系中；(1.3)调整各单元节点的顺序，使得按照右手法则得到的单元法向指向船体内部。3.根据权利要求1所述的一种斜浪波浪增阻数值预报方法，其特征在于，所述步骤(2)具体为：(2.1)当船舶在规则波中航行时，入射势是已知的，因而求解非定常扰动势的关键在于对辐射势和绕射势的计算，它们满足如下边值问题：式中，在j＝1,2,3,…,6时表示船舶在j方向以单位速度摇荡时产生的速度势，即规范化辐射势；在j＝7时表示绕射势；为入射势；i表示虚数单位；U表示船舶航行速度；ωe为船舶在波浪中航行时的遭遇频率；g为重力加速度；为船体表面上的广义法向量；mj表征了船舶定常兴波对非定常摇荡兴波的干扰；(2.2)当采用前面的9节点高阶网格对船体平均湿表面进行离散时，我们可以根据格林第三公式构建如下的离散边界积分方程求解：式中，ΔSe为离散船体表面上的第e个单元；pi为离散船体表面的高阶面元的第i个节点；α为固角系数；NB为离散船体的高阶面元的数目；G为移动脉动源格林函数，它满足公式(1)中的自由面条件和物面条件，表达式为：2CN115859475A权利要求书2/4页式中，p(x,y,z)代表场点；q(ξ,η,ζ)代表源点；n‑1αn＝(z+ζ)+i[(x‑ξ)cosθ+(‑1)(y‑η)sinθ]；Hmn为Heaviside阶跃函数；(2.3)对GF沿水平方向的积分推导出一种解析的公式，并基于此计算离散积分方程(2)中与GF相关的面积分，计算公式如下：式中，N为高斯点数；ηi'和Ai(i＝1,2,...,N)分别为高斯求积公式中的节点坐标和权系数；ak、bk、ck、dk以及D为与单元节点坐标相关的系数；和的表达式为：式中，n1、n2、n3分别为物面法向量沿x、y、z三个坐标轴的分量；Fmn(θ)，为沿水平线段积分的解析公式，它们的表达式为：3CN115859475A权利要求书3/4页式中，ξL'和ξR'分别为水平线段起点和终点的坐标；(ξ0,η0,ζ0)为积分单元形心的坐标；d1＝cosαx，d2＝cosβx，e1＝cosαy，e2＝cosβy，f1＝cosαz，f2＝cosβz；αx、αy和αz分别为以单元形心为原点的局部坐标系o'ξ'η'ζ'的o'ξ'轴与ox轴、oy轴和oz轴的夹角；βx、βy和βz分别为o'η'轴与ox轴、oy轴和oz轴的夹角。4.根据权利要求1所述的一种斜浪波浪增阻数值预报方法，其特征在于，所述步骤(3)具体为：(3.1)据目标船舶型值表或型线图，采用通用的三维建模软件，包括CATIA、UG、PRO/E、SOLIDWORKS等，建立船舶的三维几何模型；(3.2)采用CFD软件，结合重叠网格技术，模拟得到船舶