[发明专利]考虑池壁效应的船舶波浪增阻的三维数值方法

说明书

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。

技术领域

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

船舶波浪增阻值是评估船舶CO₂排放等级的关键指标，在新船设计开发过程中为满足IMO国际海事组织的船舶CO₂排放指数，以及运力过剩的情况下。船舶设计人员选择降低设计航速，从而降低主机功率。以便满足船舶CO₂排放指数。对于油船、散货船等肥大型船舶主机储备功率不足，会导致恶劣海况下船舶安全性能降低。因此IMO国际海事组织正在讨论制定船舶最小装机功率评估导则。导则核心即如何评估恶劣海况下船舶增阻对航向稳定性的影响。

船舶设计人员依然在拖曳水池中开展低航速船舶波浪增阻试验研究。低航速船舶会在船前方形成扰动波，因此船模与池壁之间存在干扰，会对最终的波浪增阻测量有影响，因此需要通过数值模拟提前分析共振频率点。

船舶运动预报数值模拟中需要考虑定常叠模势对非定常速度势的影响。因此自由面条件实施对数值预报精度也有影响。目前常用的自由面条件包括NK自由面条件和DB自由面条件。因为DB自由面条件设计叠模势二阶导数的计算，因此要比NK自由面条件要复杂。而尖角边界处速度势二阶导数精确求解是数值模拟的难点。IMO临时导则规定8级海况。因此需要考虑船舶在恶劣海况中大幅运动对波浪增阻的影响，这是数值预报精度的关键点。

发明内容

本发明的目的在于提供一种能够为物理试验工况选择提供准则的考虑池壁效应的船舶波浪增阻的三维数值方法。

本发明的目的是这样实现的：

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；与步骤2类似，区别是源点空间位置不同，其空间位置取决于池壁宽度；

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。

本发明提供了一种考虑池壁效应的肥大型船舶(油船、散货船)波浪增阻数值方法，寻找共振频率点，为物理试验工况选择提供准则。

本发明利用泰勒展开边界元方法精确求解定常和非定常速度势的二阶导数。能够精确预报船舶波浪增阻值。利用镜像格林函数法构造边界积分方程，模拟池壁对船舶运动及波浪增阻的影响。