1.功能介绍

本产品采用贴体网格粘流模型，可以对船舶横摇阻尼进行精确地预报，融合了网格自动划分和参数设置专家智慧，操作简单易用，采用MPI并行计算，计算效率较高。

主要功能有：
    （1）船舶横摇阻尼自由衰减虚拟试验；
    （2）适用于集装箱船、散货船和油船等主力船型；

2.产品特色

（1）系统核心求解器采用贴体网格粘流模型
    计算精度好；
    并行计算效率较高。

（2）流域网格智能生成
    流体域网格自动生成功能；
   船体近壁面网格自动生成功能；
    兼容STL格式几何文件。

（3）试验结果分析
    可提供船舶自由衰减消灭曲线
   可提供船舶自由衰减曲线；
    可给出不同横摇阻尼拟合模型的消灭系数结果及其拟合误差；
    可给出优选后的无因次化横摇阻尼结果；
    试验报告自动生成；

3.运行环境和效率

主要在高性能计算集群上运行。
    计算速度较快，使用20核处理器计算时，单个工况需要49小时。

4.试验精度

测试结果获得了国际标模试验验证，与国际标模等物理水池试验相比，各工况下横摇阻尼系数误差在15%以内。

（一）案例一DTC船0航速横摇阻尼虚拟试验

  1.1 案例名称

案例试验- DTC船0航速横摇阻尼虚拟试验

  1.2 案例描述

DTC的船体型线设计是现代集装箱船的典型形式，而且作为标模，其船体主尺度参数和船舶横摇阻尼的模型试验结果均是公开的。虚拟试验采用粘流CFD求解器，赋予船模初始横倾角，求解计算船舶横摇自由衰减的整个过程，获取船模的横摇运动曲线与横摇阻尼系数。虚拟试验系统可根据不同的船型与浮态自动调整网格划分策略与计算策略，使用方便，具有较高的计算精度。

  1.3 性能比对

（二）案例一DTC船有航速横摇阻尼虚拟试验

  1.1 案例名称

案例试验- DTC船0航速横摇阻尼虚拟试验

  1.2 案例描述

针对Fn=0.1下DTC船横摇阻尼，采用粘流CFD求解器，赋予船模初始横倾角，求解计算船舶横摇自由衰减的整个过程，获取船模的横摇运动曲线与横摇阻尼系数。

  1.3 性能比对

（三）案例一C11船横摇阻尼虚拟试验

  1.1 案例名称

案例试验- DTC船0航速横摇阻尼虚拟试验

  1.2 案例描述

本案例采用标模C11集装箱船，船型参数与试验结果均已公开。虚拟试验采用粘流CFD求解器，赋予船模初始横倾角，求解计算船舶横摇自由衰减的整个过程，获取船模的横摇运动曲线与横摇阻尼系数。虚拟试验系统可根据不同的船型与浮态自动调整网格划分策略与计算策略，使用方便，具有较高的计算精度。

  1.3 性能比对

用户登录中国数值水池虚拟试验系统后，可完成系统提供的各类虚拟试验。虽然试验在参数、求解器、计算结果等方面区别很大，但总体上来说操作过程基本相同，主要由四个部分组成：1试验创建；2参数录入（前处理）；3计算求解；4结果展示（后处理）。下面以“横摇阻尼”为例进行详细介绍。

登录系统后，点击页面左侧导航栏中的“横摇阻尼”。页面会给出用户做过的试验列表，如上图所示。该列表以时间顺序排序，可以在看到用户做的每一个虚拟试验的概要信息，如试验名称、编号、描述、创建时间、修改时间等内容，用户可在这里对试验进行创建核删除操作。

页面的右侧是横摇阻尼预报的“样例试验”，如下图所示。样例试验是系统提供的已经完成的典型试验，对系统中的所有注册用户开放，可给用户提供一定的参考，从而更好地完成自己的虚拟试验。

点击“样例试验”后，则进入样例试验的详情界面，可以看到样例试验的参数设置、求解器的执行信息及试验的结果。这里，用户可以查看样例的所有信息，但不可以修改。

1.试验创建

系统提供了两种创建虚拟试验的方法，第一种是通过某个虚拟试验为范本来创建虚拟试验。如下图所示，点开某个虚拟试验的详情页面，在这个页面的右侧用绿色标出的字样“以此创建试验”，则弹出创建新试验的对话框，输入适当的试验名称、编号及描述，点击确定即可完成新试验的创建。

如下图所示，新试验创建后桨自动跳转到该试验的详情页面，可见通过这种方式创建的新试验是样例试验的一个拷贝，其参数与样例试验相同，用户只需按实际情况修改部分参数即可。因此，可将当前虚拟试验看成试验模板，起到初始化设定新试验参数的作用，系统推荐通过这样的方式来创建新的虚拟试验。

第二种创建新试验的方法是创建一个空白试验。如下图所示，通过点击“船舶快速性预报”中虚拟试验列表上方的“新建”按钮，同样会弹出对话框如下图。填入相应的信息，然后点击确定，即可创建一个新的空白试验。.2所示。

如下图所示，新空白试验创建后，同样会自动跳转到该虚拟试验的详情页面。可见通过该方法创建的所有虚拟试验都是空白，需要用户手动输入所有的必填参数，方可进行计算，该方法适用于有一定经验的用户。

2. 参数录入

当一个新的虚拟试验创建口，用户需要对其参数进行适当的录入或修改，为确保结果的准确，请确认所录入的参数符合实际情况。一个虚拟试验可大致分为文件型参数、单数值型参数、表格型参数几种类型，下面以“横摇阻尼”为例，介绍一下各种类型参数的录入方式。

2.1 模型导入

若模型库已有所需计算的模型，可以从“模型导入”界面点击“选择模型”，选择模型库中的文件。

如果模型库没有所需计算的模型，需点击左侧导航栏的“模型库”，并点击“新建”，从本地上传模型文件。

2.2 船型参数

点击“参数设置”按钮，可进入修改页面，对船舶特征参数进行修改。按照所提示的信息输入正确的船型参数。

2.3 环境输入

点击“参数设置”，可进入如下图所示页面，对航速进行设置。

2.4 相关系数

点击“参数设置”按钮，可以分别修改是否考虑舭龙骨、计算结束时间与初始横倾角。

3. 计算求解

全部参数正确设置后，可启动求解器进行计算。如下图所示，点击页面右侧的“启动计算”按钮，会弹出启动确认对话框，点击确定按钮即可启动计算。

如果用户录入的参数不符合计算条件时，计算将无法启动，并会弹出对话框进行提示，请用户按照提示的要求来填写相关的参数，以确保试验能够正确，顺利的进行。

4 结果展示

当求解器执行结束后，可切换到“输出”标签对应的页面来看本次虚拟试验的结果，试验结果可分为以下几类：

4.1 虚拟试验报告

可以点击报告及结果下面的试验报告，可以直接打开，也可以直接下载，如下图所示。

4.2 单值类

4.3 曲线类

1. 参考文献

[1]Ikeda Y, Himeno Y, Tanaka N.Prediction method for ship roll damping[R]．Report No.00405 of Department of Naval Architecture.1978.

[2]Dalzell, J. F..Anote on the form of ship roll damping. Journal of Ship Research. 1978,22(3):178-185.

[3]Chakrabarti S. Empirical calculation roll damping for ships and barges [J].Ocean Engineering,2001,28:915-932.

[4]A. M. Fullerton, T. C. Fu, and A. M. Reed (Carderock Division, Naval Surface Warfare Center, USA) The moments on a tumblehome hull form undergoing forced roll[C].27 th Symposium on Naval Hydrodynamics Seoul, Korea, 5-10 October 2008.

[5]朱仁传，郭海强，缪国平．一种基于 CFD 理论船舶附加质量与阻尼的计算方法[J]. 上海交通大学学报．2009,Vol（43）.

[6]黄昊, 郭海强, 朱仁传,等. 粘性流中船舶横摇阻尼计算[J]. 船舶力学, 2008, 12(4):568-573.

[7]罗天，万德成. 基于 CFD的船舶横摇数值模拟与粘性效应分析［J］. 中国舰船研究，2017，12（2）：1-11，48.

[8]R.A.Korpus, J. M. Falzarano. Prediction of viscous ship roll damping by unsteady navier-stokes techniques. Journal of Offshore Mechanics and Arctic Engineering, 1997,119: 108—113.

[9]Yu Yi Hsiang， Spyros A Kinnas. Prediction of hydrodynamic performance for various ship-shaped hulls under excessive roll motions using an unsteady Navier-Stokes solver［C］// Proceedings of the 18th IOPEC， Vancouver BC，Canada， 2008 :265-286.

[10]MILLER R，GORSKI J，FnY D. Viscous roll predictions of a circular cylinder with bilge keels［C］//Proceedings of the 24th Symposium on Naval Hydrodynamics. Fukuoka，Japan：NRNAS，2002.

2. 研究团队

哈尔滨工程大学：段文洋等

上海交通大学：万德成、马宁等

702研究所：顾民等

大阪府立大学：Yoshiho Ikeda等

塔斯马尼亚大学：Sadra Kianejad等

3. 研究进展

当前，国内外采用粘流CFD技术就船舶横摇阻尼模拟方法、流动特性等开展了大量研究，当前急需建立船舶横摇阻尼CFD模拟的标准化计算流程，获取可靠稳定的结果，便于工程应用。

在国内，上海交通大学的朱仁传、杨春蕾等基于RANS方法，从粘性流中的船体摇荡运动入手，通过三维数值模拟方法获取阻尼系数。并通过分析处理试验结果，给出了船舶航速和船舶初始横倾角在自由衰减横摇运动中，对横摇阻尼的相关性影响。黄昊、郭海强基于粘流理论，控制方程选取连续性方程和N-S方程，对S60船型的横剖面进行了二维数值模拟，计算分析了不同工况下船体剖面的横摇阻尼系数。罗天、万德成基于OpenFOAM的naoe-FOAM-SJTU求解器，对S60船二维横剖面的静水自由衰减和强迫横摇，分别通过欧拉方法和RANS方法进行了数值模拟研究，并分离出了横摇阻尼系数，与试验值比较，吻合较好。程锦、马山等基于RANS模型，采用CFD软件对箱形浮体的强迫横摇运动进行二维数值模拟分析，研究各项参数对水动力结果影响的规律，开展了船舶横摇阻尼黏流模拟的不确定度分析。

在国外，Korpus等人应用RANS方法，去除自由面的影响下，模拟了船舶强迫横摇运动，分别讨论了横摇幅值、强迫横摇频率、舭龙骨尺寸和流场雷诺数大小等参数对横摇运动的影响，通过分析模拟结果将获取的总横摇力矩分解为不同成分，从而研究横摇过程中流场的粘性效应、兴波效应和涡效应。Yu Yi Hsiang对四种船型的横剖面做初始横摇角为20度的自由衰减横摇运动和变横摇幅值的强迫横摇运动，进行数值模拟，通过处理各船型剖面的数值模拟结果，得到了不同幅值下的横摇力矩随时间变化的曲线，提取出相关阻尼系数。Miller等对带减摇鳍的三维柱体进行了横摇运动的数值仿真，研究过程发现船体在做横摇运动时，在减摇鳍处伴有流动分离，存在涡的生成与脱落。Wison等人基于RANS方法，对DTMB5512船进行了自由衰减横摇和强迫横摇数值仿真模拟，并采用ITTC中关于CFD不确定度分析规程对模拟结果进行了验证。

4. 实用工具

STAR-CCM+、OpenFOAM、FLUENT