[發明專利]一種深海養殖工船水動力數值預報方法及其設備

在審

• 申請號: 202310517140.5
• 申請日: 2023-05-09
• 公開（公告）號: CN116522819A
• 公開（公告）日: 2023-08-01
• 發明（設計）人: 李彬彬;劉子琪
• 申請（專利權）人: 清華大學深圳國際研究生院
• 主分類號: G06F30/28
• 分類號: G06F30/28;G06F113/08;G06F119/14
• 代理公司: 深圳新創友知識產權代理有限公司 44223
• 代理人: 江耀鋒

1.一種深海養殖工船水動力數值預報方法，其特征在于，包括如下步驟：

S1、根據深海養殖工船的物理特性建立數值預報模型，以及對深海養殖工船的船體外殼與金屬網衣表面進行網格劃分；

S2、確定計算中波浪頻率、浪向和金屬網衣的孔隙效應系數；

S3、利用邊界元方法直接求解所述深海養殖工船各點的速度勢，進而數值計算得到深海養殖工船所受波浪激勵力、附加質量系數、阻尼系數及運動響應幅值算子數據；

S4、對所述波浪的任意頻率、浪向和金屬網衣的孔隙效應系數重復步驟S3，得到不同波浪頻率、浪向和金屬網衣孔隙效應系數下的水動力計算數據，并將不同自由度下的計算數據結果進行后處理，以進行深海養殖工船耐波性能的數值預報。

2.如權利要求1所述的深海養殖工船水動力數值預報方法，其特征在于，步驟S1中，所述深海養殖工船的物理特性包括深海養殖工船的幾何形狀、質量、重心、轉動慣量、水靜力回復剛度矩陣；所述建立數值預報模型包括對于深海養殖工船的金屬網衣部分使用帶有孔隙效應系數的偶極子單元進行模擬；對于深海養殖工船的兩側受到流體作用但不透空的部分，使用不帶有孔隙效應系數的偶極子單元進行模擬；對于深海養殖工船的剩余部分則使用面板單元進行模擬。

3.如權利要求1所述的深海養殖工船水動力數值預報方法，其特征在于，步驟S2中，所述波浪的頻率和浪向根據實際計算需求確定；浪向的范圍為0-360°；所述金屬網衣的孔隙效應系數由實際金屬網衣孔隙率確定。

4.如權利要求1所述的深海養殖工船水動力數值預報方法，其特征在于，步驟S3中，還包括在進行數值計算前，具體輸入步驟S1中所建立的數值預報模型的物理特性以及所劃分的網格信息，以及步驟S2中所述波浪的頻率、浪向和金屬網衣的孔隙效應系數。

5.如權利要求1所述的深海養殖工船水動力數值預報方法，其特征在于，步驟S3中，所述邊界元方法為引入多孔介質流動邊界條件的邊界元方法，在頻域內對深海養殖工船進行計算。

6.如權利要求5所述的深海養殖工船水動力數值預報方法，其特征在于，步驟S3中，所述引入多孔介質流動邊界條件的邊界元方法中，建立金屬網衣兩側流速與壓強差的聯系，即在金屬網衣處下列方程成立：

其中：分別為金屬網衣朝向外界海域和養殖艙的速度勢；為n方向的偏導數；n_j為n的j自由度分量；i為虛數單位；k₀為入射波波數；對于繞射勢，取j＝7，n₇＝-n·▽φ₀，φ₀為入射波速度勢；對于輻射勢j＝4,5,6，n_j＝(r×n)_j-3，r代表物面點相對質心的位置向量；b為所述金屬網衣的孔隙效應系數，其中τ為金屬網衣的孔隙率，取值范圍為0-100％。

7.如權利要求1所述的深海養殖工船水動力數值預報方法，其特征在于，步驟S3中，所述深海養殖工船各點的速度勢使用關于場點M＝(x,y,z)和奇異點的格林函數求解，所述格林函數如下所示：

其中：場點和源點的距離場點和鏡像點的距離場點和鏡像點的o-xy平面距離k為波數；零階第一類貝塞爾函數Re表示取實部；i為虛數單位。