一种含液舱船舶耐波性的CFD数值模拟方法、系统、设备及介质

本发明属于液货船舶运动预报，具体涉及一种含液舱船舶耐波性的cfd数值模拟方法、系统、设备及介质。

背景技术：

1、液化气船是指专门装运液化气的超大型液化气运输船，其中又可分为液化天然气船(lng船)和液化石油气船(lpg船)。准确预报lng船等液货船舶在波浪中的运动响应对保证其运输过程中的安全性至关重要。

2、目前，关于单独液舱晃荡问题和船体在波浪中运动的问题一般都是独立开展的，很少有研究将液货船舶的船体运动与液舱晃荡的耦合响应进行综合考虑。事实上，液货船舶在波浪中的运动会诱导液舱内流体的晃荡，舱内流体晃荡产生的力(矩)又将反作用于船体，从而对船舶的运动产生相互耦合影响。

3、近年来，随着计算机技术的不断发展，基于计算流体动力学(cfd)的数值模拟技术在船舶水动力模拟方面的应用越来越广泛。cfd方法可以模拟剧烈的液体流动现象，包括自由液面的翻卷和破碎等现象。目前，已有大量研究采用cfd方法对单独液舱晃荡问题和船体在波浪中运动的问题进行数值模拟分析。但是，将船体运动与液舱晃荡的耦合响应进行综合考虑的cfd模拟技术还十分缺乏。

技术实现思路

1、本发明的主要目的在于克服现有技术的缺点与不足，提出一种含液舱船舶耐波性的cfd数值模拟方法、系统、设备及介质。

2、为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案：

3、一种含液舱船舶耐波性的cfd数值模拟方法，包括以下步骤：

4、s1、船体和液舱几何模型的建立，确定几何缩尺比，建立船体和液舱的几何模型；

5、s2、数值水池流体域的建立与网格划分，建立数值水池背景区域、船体运动重叠区域以及液舱区域，并对三个区域进行网格划分与网格加密；

6、s3、设置船体和液舱的运动状态，启用cfd软件的动态流体与物体相互作用功能；

7、s4、确定液舱载液率；

8、s5、设置求解数值模型和初始条件；

9、s6、数值求解和数据监测，设置求解器、监测波形和监测点，运行程序并输出结果。

10、本发明还包括一种含液舱船舶耐波性的cfd数值模拟系统，系统采用本发明提供的cfd数值模拟方法，系统包括船体和液舱几何模型建立模块、数值水池流体域建立模块、数据设置模块以及运行和结果输出模块；

11、船体和液舱几何模型建立模块，用于确定几何缩尺比，建立船体和液舱的几何模型，并将船体和液舱的几何模型导入至cfd软件；

12、数值水池流体域建立模块，用于建立数值水池背景区域、船体运动重叠区域以及液舱区域，并对三个区域进行网格划分与网格加密；

13、数据设置模块，用于设置背景区域和液舱区域的边界条件、设置船体和液舱的运动状态、确定液舱载液率以及设置求解数值模型和初始条件；

14、运行和结果输出模块，用于设置求解器、可视化波形和数据监测点，运行cfd软件进行求解，输出监测报告和液舱液面运动高程曲线。

15、本发明还包括一种计算机设备，包括存储器以及处理器，存储器存储有计算机程序，处理器执行计算机程序时实现如本发明提供的cfd数值模拟方法。

16、本发明还包括一种计算机可读存储介质，存储有计算机程序，当计算机程序被处理器执行时，实现如本发明提供的cfd数值模拟方法。

17、本发明与现有技术相比，具有如下优点和有益效果：

18、1、本发明克服了现阶段基于cfd的主流方法一般仅能够单独模拟液舱晃荡问题或船体在波浪中运动问题的不足，提出了液货船舶在波浪中航行的数值模拟方法，建立基于cfd的数值水池中的船体外部波浪场模型与船体内部液舱晃荡模型的一体化建模与数值模拟方法，对液货船舶的设计研发具有重要意义。

19、2、本方法采用cfd常用软件star-ccm+开展并实现，通过所提出的具体建模步骤与设置方法，能够模拟液货船舶的外部流场与内部流场的耦合响应，所得结果包括入射波浪、船体运动与加速度、外部流场压力、舱内流体流动、液舱晃荡压力载荷等全面综合信息。

技术特征：

1.一种含液舱船舶耐波性的cfd数值模拟方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种含液舱船舶耐波性的cfd数值模拟方法，其特征在于，步骤s1具体包括：

3.根据权利要求1所述的一种含液舱船舶耐波性的cfd数值模拟方法，其特征在于，步骤s2具体包括：

4.根据权利要求1所述的一种含液舱船舶耐波性的cfd数值模拟方法，其特征在于，步骤s3具体包括：

5.根据权利要求1所述的一种含液舱船舶耐波性的cfd数值模拟方法，其特征在于，步骤s4具体包括：

6.根据权利要求1所述的一种含液舱船舶耐波性的cfd数值模拟方法，其特征在于，步骤s5具体包括：

7.根据权利要求1所述的一种含液舱船舶耐波性的cfd数值模拟方法，其特征在于，步骤s6具体包括：

8.一种含液舱船舶耐波性的cfd数值模拟系统，其特征在于，系统采用权利要求1-7任一项所述方法，包括船体和液舱几何模型建立模块、数值水池流体域建立模块、数据设置模块以及运行和结果输出模块；

9.一种计算机设备，包括存储器以及处理器，存储器存储有计算机程序，其特征在于，处理器执行计算机程序时实现如权利要求1-7任一项所述方法。

10.一种计算机可读存储介质，存储有计算机程序，其特征在于，当计算机程序被处理器执行时，实现如权利要求1-7任一项所述方法。

技术总结
本发明公开了一种含液舱船舶耐波性的CFD数值模拟方法、系统、设备及介质，方法包括：S1、船体和液舱几何模型的建立，确定几何缩尺比，建立船体和液舱的几何模型；S2、数值水池流体域的建立与网格划分，建立数值水池背景区域、船体运动重叠区域以及液舱区域，并对三个区域进行网格划分与网格加密；S3、设置船体和液舱的运动状态，启用CFD软件的动态流体与物体相互作用功能；S4、确定液舱载液率；S5、设置求解数值模型和初始条件；S6、数值求解和数据监测，设置求解器、监测波形和监测点，运行程序并输出结果。本发明克服了现阶段基于CFD的主流方法一般仅能够单独模拟液舱晃荡问题或船体在波浪中运动问题的不足。

技术研发人员：焦甲龙,贾广言,陈超核
受保护的技术使用者：华南理工大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/22