一种基于重叠网格的限制水域内船舶靠离泊模拟计算方法、装置及设备
知识产权简介
本发明提供一种基于重叠网格的限制水域内船舶靠离泊模拟计算方法、装置及设备，其中方法包括：基于实际海底地形，确定计算域网格及计算域连接信息；基于计算域网格、强迫运动原理及上一时间步内船舶位置及姿态，对当前时间步下船体网格节点坐标进行更新；基于更新后的船体网格节点坐标，对计算域连接信息进行更新；基于更新后的船体网格节点坐标及更新后的计算域连接信息，求解当前时间步下船舶靠离泊时的流场信息及表面水动力载荷，并将该流场信息作为下一时间步内的初始流场信息进行迭代模拟计算，至流场解算控制方程收敛或时间步达到预设值为止。本发明提供的方案可以实现船舶与流场间高精度耦合计算，保证计算稳定性及效率。
转化前景
本发明要解决的技术问题是提供一种基于重叠网格的限制水域内船舶靠离泊模拟计算方法、装置及设备，以克服传统动网格方法在处理船舶与岸壁间相对运动时存在的网格畸变与重构困难等问题，实现船舶与流场之间的高精度耦合计算，在保证计算稳定性的同时显著提高计算效率。 1、本发明的方案采用基于重叠网格的数值框架，通过在背景网格上叠加随船体运动的局部精细网格，可有效处理船体与岸壁之间的复杂相对运动，避免传统动网格在网格大变形或重构过程中出现的单元畸变与数值不稳定问题，从而显著提高计算的稳定性与精度，相较于传统的动网格方法，能够更高效、更稳定地模拟限制水域中船舶靠离泊过程，具有显著的数值优势和工程应用价值。此外，重叠网格方法无需对整个计算域进行整体网格变形，仅需更新随船体运动的局部网格位置，极大地减少了网格更新的代价，适用于模拟船舶靠离泊过程中缓慢且复杂的相对运动。 2、本发明的方案基于粘流理论的数值求解能够准确捕捉船体周围的黏性流动特征以及岸壁效应、浅水效应等限制水域特有的水动力特征，使得计算结果更符合实际物理过程，进而精确模拟船舶在低速操纵下的流场演化和水动力变化，为研究浅水效应、岸壁吸力效应、多船干扰作用以及港区智慧引航系统提供可靠的水动力数据库与数值支撑。 3、本发明在程序层面：基于开源计算流体力学软件包OpenFOAM开发出面向船舶与海洋工程水动力学的CFD数值求解器pimpleDyMFoam-os，该求解器用于求解单向流中的动态重叠网格问题，能够实现多级物体的六自由度运动。利用重叠网格插值计算程序Suggar++生成的插值信息，完成重叠网格之间的流场通信以及求解。