[发明专利]海面运动舰船湍流尾迹的数值仿真方法

摘要

本发明属于海洋流体力学和海洋遥感监测技术领域，具体为一种海面运动舰船湍流尾迹的数值仿真方法。舰船湍流分为两类：船尾射流和船侧涡流对；舰船湍流数值模拟是基于湍流尾迹宽度和湍流能量衰减谱的半经验公式，采用双线性叠加法。具体模拟步骤是：一、舰船湍流宽度计算，由给定舰船参数（长度、宽度、航速等），根据湍流尾迹宽度半经验公式计算尾迹宽度；二、根据舰船长度、宽度、航速、船型系数、船体阻力系数等参数计算舰船两侧的涡流速度；三、将海面剖分成网格，用基于舰船尾迹湍流谱的双线性叠加法计算网格点处的湍流起伏高度。该方法原理简单、计算量小、容易实现，能够准确地模拟出舰船湍流尾迹的主要几何特征，尤其是湍流起伏高度，与实测结果吻合较好。

主权项

1.一种海面舰船湍流尾迹的数值仿真方法，其特征在于具体步骤为：(1)确定舰船的各项参数：舰船长度、横宽、航速、船型系数、船体阻力系数、涡核深度，建立运动舰船的几何模型，并建立仿真计算的坐标系统，将海面离散化，剖分成网格单元；其具体过程为：设定舰船参数：舰船长度L，舰船横宽B，舰船航速U；建立两个空间直角坐标系，其一是船头坐标系，其坐标原点位于船头位置，x轴由船头指向船尾，y轴与静海面平行且垂直于船身，z轴垂直于静海面；其二是船尾坐标系，其坐标原点位于船尾，船尾坐标系是船头坐标系在x轴方向水平平移一个船体长度后的新坐标系；船头坐标系用来计算船侧涡流对起伏高度，船尾坐标系用来计算船尾射流的起伏高度；将海面离散化，剖分成网格单元，设海面模拟尺寸为L_x×L_y，剖分节点数为N_x×N_y，网格步长的选取要考虑计算量；(2)根据舰船参数和舰船湍流尾迹宽度半经验公式，计算出该舰船特定速度下的尾迹宽度公式；(3)根据舰船尾迹湍流谱的半经验公式，分别计算船尾射流和船侧涡流对的能量衰减谱，采用双线性叠加方法模拟湍流尾迹，即将湍流尾迹看作无限多个振幅、频率、初相位以及传播方向均不相同的简单余弦波的叠加。