[發明專利]一種船用Magnus減搖裝置粗糙度優化系統

有效

• 申請號: 202110862922.3
• 申請日: 2021-07-29
• 公開（公告）號: CN113553741B
• 公開（公告）日: 2022-02-11
• 發明（設計）人: 孫明曉;王涵旭;欒添添;王皓;張文玉;馬爽;付強;原張杰
• 申請（專利權）人: 哈爾濱理工大學
• 主分類號: G06F30/23
• 分類號: G06F30/23;G06F30/15;G06F119/14
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

1.一種船用Magnus減搖裝置粗糙度優化系統，其特征包括：模型參數輸入模塊、受力分析模塊、粗糙度集輸入模塊、虛擬仿真平臺模塊、粗糙度優化決策模塊；

所述模型參數輸入模塊，用于接收用戶輸入的相關物理模型參數信息，并對其進行規范化處理，涉及的具體參數包括Magnus減搖裝置參數和船舶運動狀態參數，最后將處理后的信息輸出至受力分析模塊；

所述受力分析模塊，用于依據輸入的參數信息對減搖裝置的升/阻力作用情況進行分析，并將分析后的結果輸出至虛擬仿真平臺模塊；

所述粗糙度集輸入模塊，用于解析壁面函數并分析粗糙面分布規律，具體涉及到解析粗糙面高度集和粗糙面分布密度，最后將分析后的結果輸出至虛擬仿真平臺模塊，其中解析壁面函數包括如下步驟：

S1.1：在壁面函數添加一項關于粗糙度的函數ΔR，在考慮粗糙度影響時的壁面函數的對數分布律u⁺為：

式中：u_p為近壁面第一個網格點的速度，u^*為壁面切應力速度，y_p為近壁面第一個網格點距離壁面的距離，K和E為經驗常數，密度ρ為998.16(kg/m³)，運動粘性系數v為1.0037×10⁶(m²/s)；

S1.2：定義關于粗糙度的無量綱數K_s⁺：

式中：K_s為粗糙度(mm)，其物理意義為粗糙面的高度；

S1.3：當0＜K_s⁺＜2.25時，粘性子層覆蓋了整個粗糙面的頂峰，粗糙面并沒有進入湍流層，此時粗糙度函數：

ΔR＝0 (3)

S1.4：當2.25＜K_s⁺＜90時，粗糙面的頂峰已經部分躍出粘性子層進入了湍流區域，此時粗糙度函數：

式中：C_s為粗糙度常數；

S1.5：當K_s⁺＞90時，粗糙面已經大部分躍出粘性子層，幾乎全部進入了湍流區域，此時粗糙度函數：

所述虛擬仿真平臺模塊，依據輸入的信息對減搖裝置升/阻力特性進行仿真試驗，并輸出試驗結果至粗糙度優化決策模塊，其中仿真試驗包括如下步驟：

S2.1：建立Magnus減搖裝置的幾何模型和計算域，設置邊界條件；

S2.2：將網格導入FLUENT中，檢查網格并調整模型的比例及單位；

S2.3：選擇求解器和求解方法，加載湍流能量方程；

S2.4：選擇需要求解的湍流能量方程；

S2.5：選取Magnus減搖裝置的材料及計算域的物理特性；

S2.6：指定邊界條件，調節解的控制參數；

S2.7：初始化流場，并開始迭代求解過程；

S2.8：將求解后的收斂結果導入后處理軟件；

S2.9：分析處理后的壓力云圖、流線圖，并擬合數據；

S2.10：對比航速、轉速是否達到額定航速、轉速，達到時仿真完成；未達到時對S2.6中的邊界條件進行修改，并重復S2.6至S2.9的計算步驟；

所述粗糙度優化決策模塊，用于對仿真試驗結果進行優化分析。