﻿ 高速双体客船的实尺度数值分析及验证
 舰船科学技术  2023, Vol. 45 Issue (7): 42-46    DOI: 10.3404/j.issn.1672-7649.2023.07.009 PDF

1. 中国船级社广州分社 南沙检验处，广东 广州 511458;
2. 英辉南方造船(广州番禺)有限公司，广东 广州 511431;
3. 上海船舶运输科学研究所，上海 200135

Numerical analysis and verification of full-scale ship for catamaran ferry
AI Zi-tao1, LI Yan-feng2, LIANG Yan1, CHEN Kun-peng3
1. China Classification Society Guangzhou Branch, Surveyor to Nansha Survey Office, Guangzhou 511458, China;
2. Afai Southern Shipyard(Panyu Guangzhou) Co., Ltd., Guangzhou 511431, China;
3. Shanghai Ship and Shipping Research Institute, Shanghai 200135, China
Abstract: In order to study the feasibility of numerical simulation of high-speed catamaran, a catamaran ferry is taken as an example when using commercial software STAR-CCM+ to generate overlapping mesh and six-degree-of-freedom model (DFBI). After relevant Settings, full-scale numerical simulation is carried out. It shows that prediction result of full-scale numerical simulation can be used in engineering calculation for its high precision after comparing with prediction results of model test and modified results of trial test.
Key words: catamaran ferry     full-scale     numerical simulation     model test     trial test
0 引　言

1 获取实船阻力的方法 1.1 模型试验

1.2 实尺度数值模拟

1.3 实船试航

2 计算实例

2.1 船舶信息及主要船型参数

2.2 计算域

 图 1 计算域 Fig. 1 Computing domain
2.3 边界层

 图 2 边界层网格划分 Fig. 2 Boundary layer meshing
2.4 网格划分

 图 3 波形加密 Fig. 3 Waveform encryption

 图 4 嵌套网格 Fig. 4 Overset mesh
2.5 时间步长

2.6 DFBI（dynamic fluid body interaction）模型

 $\begin{split} &\left[ {\begin{array}{*{20}{l}} {{I_x}}&0&0 \\ 0&{{I_y}}&0 \\ 0&0&{{I_z}} \end{array}} \right] = \\ & \left[ {\begin{array}{*{20}{c}} {m\left( {r_{g,x}^2 + y_G^2 + z_G^2} \right)}&0&0 \\ 0&{m\left( {r_{g,y}^2 + y_G^2 + z_G^2} \right)}&0 \\ 0&0&{m\left( {r_{g,z}^2 + y_G^2 + z_G^2} \right)} \end{array}} \right]\end{split}。$

 ${F_{CGi}} = m\frac{{{\rm{d}}_{{x_{CGi}}}^2}}{{{\rm{d}}{t^2}}} \text{，} {L_{CGi}} = \frac{{\rm{d}}}{{{\rm{d}}t}}\left( {{I_i}\frac{{{\rm{d}}{\theta _{CGi}}}}{{{\rm{d}}t}}} \right) ，$

3 结果分析 3.1 模型试验与试航

 图 5 升沉结果对比 Fig. 5 Comparison of heave results
3.2 纵倾及升沉

 图 6 纵倾结果对比 Fig. 6 Comparison of trim results
3.3 有效功率

 图 7 有效功率结果对比 Fig. 7 Comparison of effective power results

1）本高速双体船实尺度数值模拟的流场与实船的流场比较接近，包含完整的上层建筑部分的风阻模拟和船体部分的模拟，相关云图如图8图9所示。

 图 8 Fr=0.85自由液面波形 Fig. 8 Free surface waveform at Fr=0.85

2）高速双体船对模型试验的尺度效应比较敏感，模型试验的流场与实船相比有一定的偏差。

3）传统的模型试验换算方法对常规的低速船应用良好，对傅汝德数较高的高速双体船的应用有待进一步研究。

4）传统低速船的风阻在总阻力中的占比较低，几乎可以忽略，但对高速双体船的风阻可能需要单独考虑。

 图 9 Fr=0.85上层建筑的压力云图与流线图 Fig. 9 Fr=0.85 free pressure cloud diagram and flow diagram of superstructure at Fr=0.85
4 结　语

1）实尺度数值模拟结果与实船结果十分接近，纵倾结果与实船趋势一致且最大偏差在5%左右，高速段有效功率与实船的最大偏差在3%左右。

2）模型试验的升沉结果与实尺度数值模拟趋势一致且最大偏差在5%左右；纵倾结果与实船结果趋势一致且在高速段的偏差达到15%左右；高速段的有效功率与实船的最大偏差在20%左右且偏差有随傅汝德数增大而增加的趋势。

3）针对本常规高速双体客船而言，实尺度数值模拟的结果与实船试航修正后的结果十分接近，具有较高的工程应用价值，对于其他高速船型（比如单体船、穿浪双体船、三体船等）的应用有待进一步研究。

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