基于計(jì)算流體力學(xué)（CFD）的內(nèi)河船舶航速功率評(píng)估指南 2023

GuidelinesfortheSpeed2023 1 1 1 2 4 4 4 4 5 6 7 7 72.9離散方案及求解 8 8 8 9 9 9 9 134.1簡(jiǎn)介與目標(biāo) 13 13 13 13 14 144.7結(jié)果后處理 15 171.1.1本指南適用于對(duì)常規(guī)主流船型進(jìn)行基于計(jì)算流體力學(xué)（CFD）方法的（1）本指南適用于基于網(wǎng)格化（結(jié)構(gòu)化網(wǎng)（2）本指南適用于湍流狀態(tài)下的船舶水動(dòng)力流動(dòng)模擬：對(duì)于模型尺度，其（1）計(jì)算流體力學(xué)（CFD系指采用計(jì)算流體力學(xué)求解器/軟件，在計(jì)算機(jī)上對(duì)流動(dòng)控制方程進(jìn)行離散化求解，流動(dòng)控制方程至少應(yīng)使用雷諾平均方程（3）相似船舶：系指船舶類型相同，并具（5）水線長(zhǎng)（Lwl系指船舶在計(jì)算工況下的水線面前后兩端之間的水平（6）雷諾數(shù)（Re表征流場(chǎng)流動(dòng)狀態(tài)的無量綱數(shù)。對(duì)于船舶模擬，雷諾Dn為螺旋槳轉(zhuǎn)速，r/s；）；2.1.1幾何模型應(yīng)嚴(yán)格按照船舶型線圖及型值表進(jìn)行三維建模，三維模型能2.1.2幾何模型應(yīng)包含影響阻力及流場(chǎng)特性的船舶附體或者開口，如舵、軸2.1.3應(yīng)提供三維幾何模型和靜水力計(jì)算書對(duì)比數(shù)據(jù)，對(duì)比要素應(yīng)至少包含2.2.1CFD計(jì)算可基于模型尺度也可采用實(shí)CFD計(jì)算時(shí)，計(jì)算模型可參照水池試驗(yàn)的船模尺度。為保證縮尺模型流動(dòng)處于2.3.1計(jì)算域尺寸設(shè)置應(yīng)足夠大以便消除邊界的影響，如無特別要求時(shí)，計(jì)（4）對(duì)于螺旋槳，流場(chǎng)在圓周方向存在周期性，在進(jìn)行敞水性能計(jì)算時(shí)可2.4.1對(duì)于計(jì)算域的邊界條件，應(yīng)根據(jù)求解器類型及評(píng)估主題選擇合適邊界（3）對(duì)于船體、附體及螺旋槳表面，應(yīng)選擇固壁邊界條件，壁面邊界層求（1）網(wǎng)格為離散化的空間求解單元，網(wǎng)格類型有結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格（包括多塊結(jié)（2）網(wǎng)格劃分應(yīng)能正確求解流場(chǎng)的所有重要特征，包括壁面邊界層、尾部（3）網(wǎng)格劃分應(yīng)根據(jù)求解器類型、硬件資源及流場(chǎng)特征區(qū)域選擇合適的網(wǎng)Lwl—為水線長(zhǎng)，m。（1）對(duì)于邊界層的模擬，邊界層網(wǎng)格第一層網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)與壁面間距應(yīng)根據(jù)無量綱的特征數(shù)y+確定：y+=μ式中：u*—摩擦速度，u*=為壁面剪切應(yīng)力；μ—水的動(dòng)力粘性系數(shù)，N.s/m2；P—水密度，kg/m3；y—第一層網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)與壁面間距，m。（2）采用模型尺度計(jì)算時(shí)，對(duì)于采用近壁模型求解，第一層網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)對(duì)應(yīng)的y+推薦為不大于1.0；對(duì)于采用壁面函數(shù)求解，第一層網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)應(yīng)布置在對(duì)數(shù)區(qū)域，對(duì)應(yīng)的y+推薦為：30<y+<100。（3）邊界層網(wǎng)格應(yīng)避免在壁面法線方向上伸展過快，推薦邊界層網(wǎng)格伸展比在可接受范圍內(nèi)，并且在大多數(shù)地方滿足正交性，網(wǎng)格最小正交角應(yīng)大于5功率換算時(shí)按照粗糙度補(bǔ)貼系數(shù)ΔCF進(jìn)行計(jì)算。對(duì)于二因次法換算，ΔCF可按Lwl—為水線長(zhǎng)，m。2.8.1湍流模型應(yīng)至少采用兩方程模型，如無特別要求，推薦采用剪切應(yīng)力2.9.1控制方程中的擴(kuò)散項(xiàng)建議使用中心差分格式進(jìn)行離散，對(duì)流項(xiàng)建議使2.9.2對(duì)于求解定常流動(dòng)，可使用一階時(shí)間離散化方案。對(duì)于求解非定常流式中：u—為局部速度；Cmax—最大庫朗數(shù)，對(duì)于顯式求解器，Cmax<1。諾應(yīng)力湍流（RSM）模型，時(shí)間步長(zhǎng)應(yīng)不大于0.001Lwl/V，Lwl為水線長(zhǎng)，V為3.2.2最佳實(shí)踐指南應(yīng)根據(jù)評(píng)估主題、船型及所需要的不確定度進(jìn)行區(qū)分化（1）評(píng)估主題包括：基于船模的阻力計(jì)算、基于槳模的螺旋槳敞水性能計(jì)（2）船型包括：船舶類型、船體型線特征。其中船舶類型及船體型線特征艉形（雙艉、雙尾鰭、單艉、縱流形艉）區(qū)分制定。驗(yàn)證船型總數(shù)應(yīng)不少于10條，內(nèi)河船三大主力船型（散貨船、集裝箱船和液貨船）每型船舶應(yīng)不少于2E=(SD)D三維模型實(shí)船尺度基于實(shí)船的航速功率直接計(jì)算實(shí)船尺度基于實(shí)船的航速功率直接計(jì)算模型尺度基于船模的阻力計(jì)算基于槳模的螺旋槳敞水特性計(jì)算基于船槳干擾的自航因子計(jì)算模型/實(shí)船航速功率換算船舶航速功率（3）對(duì)于螺旋槳敞水性能進(jìn)行計(jì)算，可接受基于邊界元方法（Boundary（1）對(duì)于船槳干擾的自航因子計(jì)算，螺旋槳可采用基于體積力的激勵(lì)盤模FD=(1+k)(CFmCFs)—ΔCF×PSwV2ρ—水密度，kg/m3；（3）基于船槳干擾的自航因子計(jì)算應(yīng)詳細(xì)說明自航點(diǎn)求解方案和自航因子（1）基于最佳實(shí)踐指南確定船舶航速功率評(píng)估的方法和流程，開展相似船（2）應(yīng)用相似船舶的模型試驗(yàn)或者實(shí)船試驗(yàn)對(duì)評(píng)估結(jié)果進(jìn)行驗(yàn)證，以確定評(píng)估主題評(píng)估主題修正系數(shù)Calibrationfactor相似船型（母型）Similarship修正系數(shù)Calibrationfactor相似船型（母型）Similarship目標(biāo)船舶航速功率曲線Targetship最佳實(shí)踐指南BestPracticeGuildline三維模型/計(jì)算域/邊界條件/網(wǎng)格/求解計(jì)算/后處理船舶類型/工況/尺度船舶類型/工況/尺度（3）相似船舶和目標(biāo)船舶計(jì)算結(jié)果應(yīng)提供y+的分布比較。0 64.1.1陳述開展的工作及模擬的目標(biāo)，應(yīng)詳細(xì)說明模擬采用的相似船舶試驗(yàn)1234水線長(zhǎng)（Lwl）56789型排水體積(▽)濕表面積（Sw）迎風(fēng)面積（AT）舭龍骨面積（SBK）設(shè)計(jì)航速（V）1234567891水線長(zhǎng)（Lwl）23456型排水體積(▽)7濕表面積（Sw）8浮心縱向位置LCB（%Lpp）9驗(yàn)證者有責(zé)任確保數(shù)值模型中使用的船舶三維模型真實(shí)地代表了所考慮的（2）相似船舶和目標(biāo)船舶不同部分