一种基于CFD的船舶自由横摇衰减数值模拟自动化智能化方法技术

本发明专利技术公开了一种基于CFD的船舶自由横摇衰减数值模拟自动化智能化方法，此方法包括如下步骤：(1)建立船舶的几何模型导入CFD软件，并输入船舶的物理参数，(2)对导入的几何模型和物理参数进行自动化计算，输出数值模拟结果，(3)建立大数据平台，所述大数据平台中预存有各模型优化试验数据，将数值模拟结果和大数据平台中预存模型的试验数据进行匹配，选择与数值模拟结果匹配度最高的试验数据作为优化参数，本发明专利技术通过逐个分析不同参数的影响，对比多工况数值模拟结果和大数据平台，可得到优化的计算参数，从而使数值模拟的人工处理部分最大限度地减少，同时计算过程达到最大程度地简化，数值计算结果可靠，可满足工程应用的需求。

【技术实现步骤摘要】
一种基于CFD的船舶自由横摇衰减数值模拟自动化智能化方法
本专利技术涉及船舶横摇衰减数值模拟的
，尤其涉及一种基于CFD的船舶自由横摇衰减数值模拟自动化智能化方法。
技术介绍
由于流体粘性的存在，船舶横摇运动(特别是在有舭龙骨的情况下)会引起大量的涡旋，其诱发的粘性横摇阻尼是船舶横摇运动阻尼估算必须考虑的因素。基于船舶静水中自由衰减横摇获得横摇阻尼系数是物理模型试验获得横摇阻尼的最为通用的方法。随着计算机性能和粘流CFD分析技术的不断进步，当前基于粘流数值计算来模拟船舶横摇阻尼已经获得了越来越多的关注和应用，采用粘流模拟技术可以模拟复杂的外载、减少外部坏境的不利影响因素和大幅降低成本等，而且可重复性好。但是对于不同的研究人员和不同的计算软件，针对于同一问题的计算结果不尽相同。究其原因，主要在于计算网格划分和计算参数等不尽相同，而目网格的划分和参数的设定基本都是人工完成，其过程繁杂且耗时，不可控因素非常多，这些都影响了最终的计算结果。计算流体力学(CFD)软件OpenFOAM是当今流体力学界非常流行和通用的一款软件，其入门的门槛较高，需要具备较好的Linux操作系统相关知识和流体力学的基本功底。由于OpenFOAM的源代码是公开的，其扩展性是其他商用软件不可比拟的。在此基础上，可按照用户的意图做任意有效地修改和扩展。本文针对船舶静水中自由衰减横摇数值模拟这个特定的问题，提出了自动化和智能化的方法，使数值模拟的过程达到最大限度地简化，而且计算结果真实可信，可达到船舶横摇工程应用的要求。>
技术实现思路
本部分的目的在于概述本专利技术的实施例的一些方面以及简要介绍一些较佳实施例。在本部分以及本申请的说明书摘要和专利技术名称中可能会做些简化或省略以避免使本部分、说明书摘要和专利技术名称的目的模糊，而这种简化或省略不能用于限制本专利技术的范围。鉴于上述现有技术存在复杂化和不可控性的问题，提出了本专利技术。因此，本专利技术目的是提供一种基于CFD的船舶自由横摇衰减数值模拟自动化智能化方法，其基于OpenFOAM流体力学开源软件提出了本专利技术，可使计算流程自动完成，智能化分析多工况数值模拟结果和大数据平台，可得到优化的计算参数。为解决上述技术问题，本专利技术提供如下技术方案：此种基于CFD的船舶自由横摇衰减数值模拟自动化智能化方法包括如下步骤：(1)建立船舶的几何模型导入CFD软件，并输入船舶的物理参数；(2)对导入的几何模型和物理参数进行自动化计算，输出数值模拟结果；(3)建立大数据平台，所述大数据平台中预存有各模型优化试验数据，将数值模拟结果和大数据平台中预存模型的试验数据进行匹配，选择与数值模拟结果匹配度最高的试验数据作为优化参数。作为本专利技术所述基于CFD的船舶自由横摇衰减数值模拟自动化智能化方法的一种优选方案，其中：在CFD软件中，预先设定湍流模型、动网格方法，所述湍流模型为k-epsilon模型与k-omegaSST模型，所述动网格方法为弹簧网格运动方法。作为本专利技术所述基于CFD的船舶自由横摇衰减数值模拟自动化智能化方法的一种优选方案，其中：步骤(1)中，导入的船舶表面的几何模型为正浮状态，输入的物理参数包括船体的重心坐标、回转半径、船舶吃水、初始横摇角数值和流场航速大小。作为本专利技术所述基于CFD的船舶自由横摇衰减数值模拟自动化智能化方法的一种优选方案，其中：步骤(2)中对导入的几何模型和物理参数进行自动化计算包括前处理、数值计算和后处理，所述前处理过程如下：对导入的船舶表面的几何模型划分表面网格，对表面网格数据进行转换而形成初始横摇角，并根据船舶表面网格划分船舶的计算网格；检测船舶几何尺寸，生成船舶横摇衰减数值模拟的计算域；根据初始横摇角，设置初始条件和边界条件进行网格并行化分解；所述数值计算过程如下：通过CFD软件自动分配计算集群的计算核数后，通过求解器interDyMFoam进行并行求解；所述后处理过程如下：后处理自动化通过开源软件paraview和python编程完成，自动输出数值模拟结果。作为本专利技术所述基于CFD的船舶自由横摇衰减数值模拟自动化智能化方法的一种优选方案，其中：所述前处理中，计算网格使用snappyHexMesh自动生成。作为本专利技术所述基于CFD的船舶自由横摇衰减数值模拟自动化智能化方法的一种优选方案，其中：所述前处理中，计算域取值为：入流边界离船头的距离为2倍的船身长度，出流边界距离船尾为4～5倍船身长度，左侧边界、右侧边界距离中轴面为5倍船身宽度，底面边界距离船底为吃水的8倍，上边界距离船体为干弦高度的5倍。作为本专利技术所述基于CFD的船舶自由横摇衰减数值模拟自动化智能化方法的一种优选方案，其中：计算域中，自由表面是水和空气的交界面，对自由表面和船体附近的网格进行加密处理，使用topoSet和refineMesh进行逐步递进加密。作为本专利技术所述基于CFD的船舶自由横摇衰减数值模拟自动化智能化方法的一种优选方案，其中：所述数值计算过程中，并行求解通过openmpi实现，且计算集群都配置infiniband高速网络交换机，在编译openmpi时指定infiniband目录。作为本专利技术所述基于CFD的船舶自由横摇衰减数值模拟自动化智能化方法的一种优选方案，其中：所述数值模拟结果包括横摇角度随时间变化的曲线图、流场速度矢量图、船体表面压力云图、波形和船体运动的三维动画。作为本专利技术所述基于CFD的船舶自由横摇衰减数值模拟自动化智能化方法的一种优选方案，其中：所述CFD软件为OpenFOAM软件。本专利技术的有益效果：针对船舶横摇数值模拟过程人为干预的复杂性和不可控性，本专利技术基于OpenFOAM流体力学开源软件提出了船舶横摇衰减数值模拟自动化和智能化方法，可使计算流程自动完成，通过逐个分析不同参数的影响，对比多工况数值模拟结果和大数据平台，可得到优化的计算参数，从而使数值模拟的人工处理部分最大限度地减少，同时计算过程达到最大程度地简化，数值计算结果可靠，可满足工程应用的需求。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。其中：图1为本专利技术船舶横摇衰减数值模拟总体框架和流程示意图。图2为本专利技术中输入部分的流程示意图。图3为本专利技术中自动化计算的处理流程示意图。图4为本专利技术中数值模拟结果和大数据平台中模型试验数据进行匹配的示意图。图5为利用本专利技术得出的静水阻力计算值与试验值的对比示意图。图6为不同加密方式及其网格示意图，(a)为原始网格，(b)为矩形区域加密，(c)为圆柱形区域加密。图7为本专利技术的横摇衰减数值模拟与试验值的对比示意图，其中航速v＝0.80m/s。图8为本专利技术本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于CFD的船舶自由横摇衰减数值模拟自动化智能化方法，其特征在于：包括如下步骤：/n(1)建立船舶的几何模型导入CFD软件，并输入船舶的物理参数；/n(2)对导入的几何模型和物理参数进行自动化计算，输出数值模拟结果；/n(3)建立大数据平台，所述大数据平台中预存有各模型优化试验数据，将数值模拟结果和大数据平台中预存模型的试验数据进行匹配，选择与数值模拟结果匹配度最高的试验数据作为优化参数。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于CFD的船舶自由横摇衰减数值模拟自动化智能化方法，其特征在于：包括如下步骤：
(1)建立船舶的几何模型导入CFD软件，并输入船舶的物理参数；
(2)对导入的几何模型和物理参数进行自动化计算，输出数值模拟结果；
(3)建立大数据平台，所述大数据平台中预存有各模型优化试验数据，将数值模拟结果和大数据平台中预存模型的试验数据进行匹配，选择与数值模拟结果匹配度最高的试验数据作为优化参数。


2.如权利要求1所述的基于CFD的船舶自由横摇衰减数值模拟自动化智能化方法，其特征在于：在CFD软件中，预先设定湍流模型、动网格方法，所述湍流模型为k-epsilon模型与k-omegaSST模型，所述动网格方法为弹簧网格运动方法。


3.如权利要求2所述的基于CFD的船舶自由横摇衰减数值模拟自动化智能化方法，其特征在于：步骤(1)中，导入的船舶表面的几何模型为正浮状态，输入的物理参数包括船体的重心坐标、回转半径、船舶吃水、初始横摇角数值和流场航速大小。


4.如权利要求2所述的基于CFD的船舶自由横摇衰减数值模拟自动化智能化方法，其特征在于：步骤(2)中对导入的几何模型和物理参数进行自动化计算包括前处理、数值计算和后处理，
所述前处理过程如下：
对导入的船舶表面的几何模型划分表面网格，对表面网格数据进行转换而形成初始横摇角，并根据船舶表面网格划分船舶的计算网格；
检测船舶几何尺寸，生成船舶横摇衰减数值模拟的计算域；
根据初始横摇角，设置初始条件和边界条件进行网格并行化分解；
所述数值计算过程如下：
通过CFD软件自动分配计算集群的计算核数后，通过求解器interDyMFoam进行并行...

【专利技术属性】
技术研发人员：江召兵，王亮，
申请(专利权)人：南京欧帕提亚信息科技有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32