考虑池壁效应的船舶波浪增阻的三维数值方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN109376427A(43)申请公布日2019.02.22(21)申请号201811236877.5(22)申请日2018.10.23(71)申请人哈尔滨工程大学地址150001黑龙江省哈尔滨市南岗区南通大街145号哈尔滨工程大学科技处知识产权办公室(72)发明人陈纪康段文洋(51)Int.Cl.G06F17/50(2006.01)权利要求书2页说明书6页附图1页(54)发明名称考虑池壁效应的船舶波浪增阻的三维数值方法(57)摘要本发明提供的是一种考虑池壁效应的船舶波浪增阻的三维数值方法，包括：读取网格文件，进行船舶静水力计算；计算泰勒展开边界元方法所需的边界积分方程所涉及的影响系数矩阵；叠模速度势及其空间一、二阶导数和Mj项求解；计算池壁镜像源产生的影响系数矩阵；积分格式自由面条件时域步进自由面离散网格中心点处的速度势；泰勒展开边界元法直接时域扰动波浪力计算；船舶大幅运动预报方程建模，求解运动方程；船舶波浪增阻计算；依据船舶运动响应RAO和增阻RAO，进行不规则波中船舶大幅运动和波浪增阻谱分析计算。利用本发明的方法能够预报计及池壁效应的船舶运动RAO，波浪增阻RAO，以及不规则波中船舶运动和波浪增阻谱分析结果。CN109376427ACN109376427A权利要求书1/2页1.一种考虑池壁效应的船舶波浪增阻的三维数值方法，其特征是包括如下步骤：步骤1，读取网格文件，利用网格信息进行船舶静水力计算；步骤2，计算泰勒展开边界元方法所需的边界积分方程所涉及的影响系数矩阵；步骤3，叠模速度势及其空间一阶、二阶导数和Mj项求解；步骤4，计算池壁镜像源产生的影响系数矩阵；步骤5,积分格式自由面条件时域步进自由面离散网格中心点处的速度势，并且在远场利用阻尼区，抑制扰动波浪返回流场，影响数值结果；步骤6，泰勒展开边界元法直接时域扰动波浪力计算；步骤7，船舶大幅运动预报方程建模，采用四阶龙格库塔方法步进求解运动方程；步骤8，船舶波浪增阻计算；步骤9，依据船舶运动响应RAO和增阻RAO，进行不规则波中船舶大幅运动和波浪增阻谱分析计算。2.根据权利要求1所述的考虑池壁效应的船舶波浪增阻的三维数值方法，其特征是：所述的网格文件为船舶水线信息，所述船舶水线信息包括首尾驻点空间坐标、水线拟合曲线函数；所述利用网格信息进行船舶静水力计算具体包括：结合流场匹配边界智慧参数和水线信息，自动生成符合边界元方法的水面离散网格，基于船体离散网格计算船舶静水力参数，所述静水力参数包括排水体积、浮心、漂心、惯性矩、湿表面积，检查静水力参数数值结果与物理船舶参数的误差。3.根据权利要求1所述的考虑池壁效应的船舶波浪增阻的三维数值方法，其特征是：所述计算泰勒展开边界元方法所需的边界积分方程所涉及的影响系数矩阵具体包括：将浮体湿表面离散为若干四边形或三角形单元，在每一单元上，取单元节点坐标均值为中心，在面元中点对偶极强度作泰勒展开并保留一阶导数项，对源强作泰勒展开只保留一阶导数项，引入场点的切向一阶导数来封闭方程组，构成关于偶极强度、偶强的一阶导数为未知数，源强为已知变量的线性代数方程组。4.根据权利要求1所述的考虑池壁效应的船舶波浪增阻的三维数值方法，其特征是所述计算池壁镜像源产生的影响系数矩阵具体包括：将无限个简单格林函数关于池壁的镜像累加得到满足池壁条件的格林函数，镜像格林函数G表示为：式中：为满足简单格林函数；下标i表示第i个镜像虚体对本体的格林函数，当i＝0时，则表示本体对本体影响的格林函数；沿着池壁方向，船舶本体上场点、源点对应在镜像虚体上的坐标表示为pn(x,yn,z)、qn(ξ,ηn,ζ)，镜像虚体上的源点对船舶本体上场点存在影响，其关于坐标变换表示如下：故而，镜像虚体上的源点统一表示为：nηn＝nb+(-1)η同样地，船舶上的场点对应的镜像点pn表示为：2CN109376427A权利要求书2/2页nyn＝nb+(-1)y利用上述镜像虚体和本体间场点和源点坐标转换关系，得到相应的镜像格林函数，并计算镜像格林函数的影响系数。5.根据权利要求1所述的考虑池壁效应的船舶波浪增阻的三维数值方法，其特征是：采用时域一起直接求解非定常扰动速度势、辐射速度势和绕射速度势；利用阻尼区法消除远场扰动波浪；采用积分格式自由面条件步进自由面上各离散单元中心点处的速度势；利用梯形法计算积分格式自由面条件。3CN109376427A说明书1/6页考虑池壁效应的船舶波浪增阻的三维数值方法技术领域[0001]本发明涉及的是一种数值模拟方法，特别涉及一种利用三维泰勒展开边界元方法计算考虑池壁效应的低航速肥大型船舶波浪增阻的数值方法。背景技术[0002]船舶波浪增阻值是评估船舶CO2排放等级的关键指标，在新船设计