基于計算流體力學（CFD）的內河船舶航速功率評估指南 2023

GuidelinesfortheSpeed2023 1 1 1 2 4 4 4 4 5 6 7 7 72.9離散方案及求解 8 8 8 9 9 9 9 134.1簡介與目標 13 13 13 13 14 144.7結果后處理 15 171.1.1本指南適用于對常規(guī)主流船型進行基于計算流體力學（CFD）方法的（1）本指南適用于基于網格化（結構化網（2）本指南適用于湍流狀態(tài)下的船舶水動力流動模擬：對于模型尺度，其（1）計算流體力學（CFD系指采用計算流體力學求解器/軟件，在計算機上對流動控制方程進行離散化求解，流動控制方程至少應使用雷諾平均方程（3）相似船舶：系指船舶類型相同，并具（5）水線長（Lwl系指船舶在計算工況下的水線面前后兩端之間的水平（6）雷諾數（Re表征流場流動狀態(tài)的無量綱數。對于船舶模擬，雷諾Dn為螺旋槳轉速，r/s；）；2.1.1幾何模型應嚴格按照船舶型線圖及型值表進行三維建模，三維模型能2.1.2幾何模型應包含影響阻力及流場特性的船舶附體或者開口，如舵、軸2.1.3應提供三維幾何模型和靜水力計算書對比數據，對比要素應至少包含2.2.1CFD計算可基于模型尺度也可采用實CFD計算時，計算模型可參照水池試驗的船模尺度。為保證縮尺模型流動處于2.3.1計算域尺寸設置應足夠大以便消除邊界的影響，如無特別要求時，計（4）對于螺旋槳，流場在圓周方向存在周期性，在進行敞水性能計算時可2.4.1對于計算域的邊界條件，應根據求解器類型及評估主題選擇合適邊界（3）對于船體、附體及螺旋槳表面，應選擇固壁邊界條件，壁面邊界層求（1）網格為離散化的空間求解單元，網格類型有結構化網格（包括多塊結（2）網格劃分應能正確求解流場的所有重要特征，包括壁面邊界層、尾部（3）網格劃分應根據求解器類型、硬件資源及流場特征區(qū)域選擇合適的網Lwl—為水線長，m。（1）對于邊界層的模擬，邊界層網格第一層網格節(jié)點與壁面間距應根據無量綱的特征數y+確定：y+=μ式中：u*—摩擦速度，u*=為壁面剪切應力；μ—水的動力粘性系數，N.s/m2；P—水密度，kg/m3；y—第一層網格節(jié)點與壁面間距，m。（2）采用模型尺度計算時，對于采用近壁模型求解，第一層網格節(jié)點對應的y+推薦為不大于1.0；對于采用壁面函數求解，第一層網格節(jié)點應布置在對數區(qū)域，對應的y+推薦為：30<y+<100。（3）邊界層網格應避免在壁面法線方向上伸展過快，推薦邊界層網格伸展比在可接受范圍內，并且在大多數地方滿足正交性，網格最小正交角應大于5功率換算時按照粗糙度補貼系數ΔCF進行計算。對于二因次法換算，ΔCF可按Lwl—為水線長，m。2.8.1湍流模型應至少采用兩方程模型，如無特別要求，推薦采用剪切應力2.9.1控制方程中的擴散項建議使用中心差分格式進行離散，對流項建議使2.9.2對于求解定常流動，可使用一階時間離散化方案。對于求解非定常流式中：u—為局部速度；Cmax—最大庫朗數，對于顯式求解器，Cmax<1。諾應力湍流（RSM）模型，時間步長應不大于0.001Lwl/V，Lwl為水線長，V為3.2.2最佳實踐指南應根據評估主題、船型及所需要的不確定度進行區(qū)分化（1）評估主題包括：基于船模的阻力計算、基于槳模的螺旋槳敞水性能計（2）船型包括：船舶類型、船體型線特征。其中船舶類型及船體型線特征艉形（雙艉、雙尾鰭、單艉、縱流形艉）區(qū)分制定。驗證船型總數應不少于10條，內河船三大主力船型（散貨船、集裝箱船和液貨船）每型船舶應不少于2E=(SD)D三維模型實船尺度基于實船的航速功率直接計算實船尺度基于實船的航速功率直接計算模型尺度基于船模的阻力計算基于槳模的螺旋槳敞水特性計算基于船槳干擾的自航因子計算模型/實船航速功率換算船舶航速功率（3）對于螺旋槳敞水性能進行計算，可接受基于邊界元方法（Boundary（1）對于船槳干擾的自航因子計算，螺旋槳可采用基于體積力的激勵盤模FD=(1+k)(CFmCFs)—ΔCF×PSwV2ρ—水密度，kg/m3；（3）基于船槳干擾的自航因子計算應詳細說明自航點求解方案和自航因子（1）基于最佳實踐指南確定船舶航速功率評估的方法和流程，開展相似船（2）應用相似船舶的模型試驗或者實船試驗對評估結果進行驗證，以確定評估主題評估主題修正系數Calibrationfactor相似船型（母型）Similarship修正系數Calibrationfactor相似船型（母型）Similarship目標船舶航速功率曲線Targetship最佳實踐指南BestPracticeGuildline三維模型/計算域/邊界條件/網格/求解計算/后處理船舶類型/工況/尺度船舶類型/工況/尺度（3）相似船舶和目標船舶計算結果應提供y+的分布比較。0 64.1.1陳述開展的工作及模擬的目標，應詳細說明模擬采用的相似船舶試驗1234水線長（Lwl）56789型排水體積(▽)濕表面積（Sw）迎風面積（AT）舭龍骨面積（SBK）設計航速（V）1234567891水線長（Lwl）23456型排水體積(▽)7濕表面積（Sw）8浮心縱向位置LCB（%Lpp）9驗證者有責任確保數值模型中使用的船舶三維模型真實地代表了所考慮的（2）相似船舶和目標船舶不同部分