一种对标物理水池模型试验的船舶阻力虚拟试验平台制造技术

本发明专利技术公开了一种对标物理水池模型试验的船舶阻力虚拟试验平台，涉及船舶虚拟仿真技术领域，平台包括工作流程依次串联的七个执行模块，分别为虚拟试验工程模块、实船主尺度信息输入模块、虚拟试验方案设计模块、数值船模加工车间模块、虚拟试验及过程监控模块、虚拟试验数据处理及报告自动生成模块、虚拟试验可视化情景再现模块，执行模块依据知识封装原则使用户无需掌握数值预报方面的任何专业知识即可开展船舶阻力虚拟试验，最大程度地降低了用户的使用门槛，缩短了船舶性能的评估周期，提高了船舶的设计效率。提高了船舶的设计效率。提高了船舶的设计效率。

【技术实现步骤摘要】
一种对标物理水池模型试验的船舶阻力虚拟试验平台


[0001]本专利技术涉及船舶虚拟仿真
，尤其是一种对标物理水池模型试验的船舶阻力虚拟试验平台。

技术介绍

[0002]随着CFD(Computational Fluid Dynamics，计算流体动力学)数值仿真技术的不断发展，越来越多的商用软件被开发用来解决船舶水动力性能的计算问题，比如Fluent、Star
‑
CCM以及Shipflow等船舶CFD数值计算软件，在船舶设计初期，承担了大量的船舶水动力性能的预报工作，为船舶设计提供了巨大的技术支撑。然而上述CFD数值计算软件本身的使用过程十分复杂，非专业人员需要花费大量的时间和精力对其进行系统地培训和操练；另外软件的计算精度往往会受到不同用户专业熟练程度的影响，同一个计算方案不同用户来操作可能出现不同的计算结果；与此同时，用户在开展数值计算前，需对具体的计算对象的网格进行处理和划分，获得质量要求满足相应CFD数值计算软件准入要求的网格形式，这就要求用户在网格划分能力上具备较高的专业水准；另一方面，一般的商用软件无法直接获取阻力试验结果及其流场图片等信息，用户需对软件计算获得的原始数据进行专业化的处理才能撰写阻力性能计算报告，根据统计信息可知，一个完整的CFD数值计算案例，用户花费在前处理网格划分以及后处理结果换算、报告编写上的时间占据了整个数值计算人工操作时间的80％以上。
[0003]由此可见，商用CFD软件本身的使用门槛较高，计算过程中的网格划分、参数配置、结果处理、可视化效果以及报告编写等需要花费较多的时间成本，另外商用软件与船舶设计本身的融合度较低，需要具备CFD技能的专业人员才能完成整个CFD的数值计算工作。

技术实现思路

[0004]本专利技术人针对上述问题及技术需求，提出了一种对标物理水池模型试验的船舶阻力虚拟试验平台，在基于RANS方程的粘流求解器的基础上通过对标物理水池模型试验流程，依据“知识封装”的原则，开发出了船舶阻力虚拟试验平台，实现了整个船舶阻力性能数值计算的网格一键划分、虚拟试验方案一键配置、虚拟试验过程及结果的可视化操作以及虚拟试验报告一键生成等功能，大幅缩短了船舶阻力性能的预报周期，降低用户的使用门槛，进一步提高船舶设计效率。
[0005]本专利技术的技术方案如下：
[0006]一种对标物理水池模型试验的船舶阻力虚拟试验平台，船舶阻力虚拟试验平台的工作流程按照物理水池模型试验的工作流程执行，包括七个执行模块：
[0007]虚拟试验工程模块，用于新建或载入虚拟试验工程；
[0008]实船主尺度信息输入模块，用于输入目标实船的主尺度参数，主尺度参数包括垂线间长和方形系数；
[0009]虚拟试验方案设计模块，用于根据试验要求制定虚拟试验方案，生成虚拟试验对
象模型；
[0010]数值船模加工车间模块，用于对虚拟试验对象模型进行船体结构化网格的自动生成；
[0011]虚拟试验及过程监控模块，调用数值计算参数资源利用基于RANS方程的基础求解器执行阻力性能粘流数值计算，同时对虚拟试验过程中的物理量进行可视化监控并展示；
[0012]虚拟试验数据处理及报告自动生成模块，对虚拟试验结果进行数据自动处理，输出虚拟试验对象模型和目标实船的阻力性能数值，并自动整理出虚拟试验报告；
[0013]虚拟试验可视化情景再现模块，基于VR可视化技术重现整个虚拟试验过程场景及其三维流场全景透视；
[0014]七个执行模块的工作流程依次串联，执行模块依据知识封装原则开展船舶阻力虚拟试验。
[0015]其进一步的技术方案为，虚拟试验工程模块、实船主尺度信息输入模块和虚拟试验方案设计模块对标物理水池模型试验的试验模型准备工作流程，包括明确试验对象、制定试验方案；
[0016]根据试验要求制定虚拟试验方案，包括：
[0017]在虚拟试验方案设计模块中输入模型缩尺比、试验水温、设计航速以及航速段范围，航速段范围的添加格式为V
Smin
‑
V
Smax
‑
ΔV
S
，其中V
Smin
表示最小航速，V
Smax
表示最大航速，ΔV
S
表示航速间隔；
[0018]依据模块的知识封装自动计算虚拟试验对象模型的雷诺数，表达式为：
[0019][0020]其中，Re为雷诺数，V
s
为设计航速，Lpp为垂线间长，ν为试验水温下的试验流体的运动粘性系数；
[0021]根据雷诺数判断输入的模型缩尺比是否小于等于最大阈值，若不满足条件则平台自动弹出模型缩尺比的最大阈值，模型缩尺比应满足以下公式计算值：
[0022][0023]其中，λ为模型缩尺比。
[0024]其进一步的技术方案为，数值船模加工车间模块对标物理水池模型试验的试验模型准备工作流程中的加工木质船模；
[0025]对虚拟试验对象模型进行船体结构化网格的自动生成，包括：
[0026]数值船模加工车间模块中封装有几何标准化和计算网格自动生成两种知识模块；
[0027]在几何标准化中，载入船体曲面IGS文件，对文件中的船体轮廓线进行编号处理，船体轮廓线为描述船体曲面外部形状的边界线，包括甲板线、艏柱线、船底龙骨线以及构成船尾尾封板的四条轮廓线；
[0028]在计算网格自动生成中，设置七条船体轮廓线的网格点数和网格疏密度，设置第一层网格与船体壁面的法向距离、船体网格外拓生长率和外拓步数，将边界条件和设置信息输入至船体网格求解器输出贴体网格及边界条件信息文件，将贴体网格及边界条件信息文件与背景网格进行合并，获得满足计算要求的船体结构化网格。
[0029]其进一步的技术方案为，虚拟试验及过程监控模块对标物理水池模型试验的开展水池模型试验的工作流程，包括进行阻力试验、采集原始试验数据和影像资料；
[0030]虚拟试验及过程监控模块中封装有配置数值计算参数资源知识模块，包括设置湍流模型、自由液面捕捉方式、流动和控制参数、时间差分格式、压力求解方法、运动求解方法、网格运动差分精度、运动自由度及其运动阻尼值；
[0031]虚拟试验对象模型的运动采用自由模的形式，运动自由度包括船舶的纵倾和升沉运动，获得虚拟试验对象模型在不同航速下的纵倾角和升沉值；湍流模型采用SSTk
‑
ω，自由液面捕捉方式采用Level
‑
Set法，每个CPU核数自动分配计算单元、单块网格量不大于8万，采用2阶时间差分格式，泊松方程的压力项系数值为0.7，线性运动阻尼为50，运动求解方式采用8点滤波显示求解，网格运动差分采用一阶精度。
[0032]其进一步的技术方案为，对虚拟试验过程中的物理量进行可视化监控并展示，包括：
[0033]在虚拟试验过程中，虚拟试验及过程监控模块调用后台图形处理软件在平台界面的显示框中实时查看当前计算步的虚拟试验的计本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种对标物理水池模型试验的船舶阻力虚拟试验平台，其特征在于，所述船舶阻力虚拟试验平台的工作流程按照物理水池模型试验的工作流程执行，包括七个执行模块：虚拟试验工程模块，用于新建或载入虚拟试验工程；实船主尺度信息输入模块，用于输入目标实船的主尺度参数，所述主尺度参数包括垂线间长和方形系数；虚拟试验方案设计模块，用于根据试验要求制定虚拟试验方案，生成虚拟试验对象模型；数值船模加工车间模块，用于对所述虚拟试验对象模型进行船体结构化网格的自动生成；虚拟试验及过程监控模块，调用数值计算参数资源利用基于RANS方程的基础求解器执行阻力性能粘流数值计算，同时对虚拟试验过程中的物理量进行可视化监控并展示；虚拟试验数据处理及报告自动生成模块，对虚拟试验结果进行数据自动处理，输出所述虚拟试验对象模型和目标实船的阻力性能数值，并自动整理出虚拟试验报告；虚拟试验可视化情景再现模块，基于VR可视化技术重现整个虚拟试验过程场景及其三维流场全景透视；所述七个执行模块的工作流程依次串联，所述执行模块依据知识封装原则开展船舶阻力虚拟试验。2.根据权利要求1所述的船舶阻力虚拟试验平台，其特征在于，所述虚拟试验工程模块、实船主尺度信息输入模块和虚拟试验方案设计模块对标物理水池模型试验的试验模型准备工作流程，包括明确试验对象、制定试验方案；根据试验要求制定虚拟试验方案，包括：在所述虚拟试验方案设计模块中输入模型缩尺比、试验水温、设计航速以及航速段范围，所述航速段范围的添加格式为V
Smin
‑
V
Smax
‑
ΔV
S
，其中V
Smin
表示最小航速，V
Smax
表示最大航速，ΔV
S
表示航速间隔；依据模块的知识封装自动计算所述虚拟试验对象模型的雷诺数，表达式为：其中，Re为所述雷诺数，V
s
为所述设计航速，Lpp为所述垂线间长，ν为所述试验水温下的试验流体的运动粘性系数；根据所述雷诺数判断输入的所述模型缩尺比是否小于等于最大阈值，若不满足条件则平台自动弹出所述模型缩尺比的最大阈值，所述模型缩尺比应满足以下公式计算值：其中，λ为所述模型缩尺比。3.根据权利要求1所述的船舶阻力虚拟试验平台，其特征在于，所述数值船模加工车间模块对标物理水池模型试验的试验模型准备工作流程中的加工木质船模；对所述虚拟试验对象模型进行船体结构化网格的自动生成，包括：所述数值船模加工车间模块中封装有几何标准化和计算网格自动生成两种知识模块；在所述几何标准化中，载入船体曲面IGS文件，对文件中的船体轮廓线进行编号处理，
所述船体轮廓线为描述船体曲面外部形状的边界线，包括甲板线、艏柱线、船底龙骨线以及构成船尾尾封板的四条轮廓线；在所述计算网格自动生成中，设置七条船体轮廓线的网格点数和网格疏密度，设置第一层网格与船体壁面的法向距离、船体网格外拓生长率和外拓步数，将边界条件和设置信息输入至船体网格求解器输出贴体网格及边界条件信息文件，将所述贴体网格及边界条件信息文件与背景网格进行合并，获得满足计算要求的船体结构化网格。4.根据权利要求1所述的船舶阻力虚拟试验平台，其特征在于，所述虚拟试验及过程监控模块对标物理水池模型试验的开展水池模型试验的工作流程，包括进行阻力试验、采集原始试验数据和影像资料；所述虚拟试验及过程监控模块中封装有配置数值计算参数资源知识模块，包括设置湍流模型、自由液面捕捉方式、流动和控制参数、时间差分格式、压力求解方法、运动求解方法、网格运动差分精度、运动自由度及其运动阻尼值；所述虚拟试验对象模型的运动采用自由模的形式，运动自由度包括船舶的纵倾和升沉运动，获得所述虚拟试验对象模型在不同航速下的纵倾角和升沉值；所述湍流模型采用SSTk
‑
ω，自由液面捕捉方式采用Level
‑
Set法，每个CPU核数自动分配计算单元、单块网格量不大于8万，采用2阶时间差分格式，泊松方程的压力项系数值为0.7，线性运动阻尼为50，运动求解方式采用8点滤波显示求解，网格运动差分采用一阶精度。5.根据权利要求1所述的船舶阻力虚拟试验平台，其特征在于，所述对虚拟...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱锋，李胜忠，赵峰，
申请(专利权)人：中国船舶科学研究中心，
类型：发明
国别省市：