1.功能介绍

本产品采用独创的泰勒展开边界元法和船舶有航速三维时域势流模型，计算高效，融合了面元网格智能生成和参数设置专家智慧，操作简单易用，满足船舶EEDI波浪因子和最小推进功率评估需求。

主要功能有：
    规则波/不规则波船舶摇荡运动测试；
    规则波/不规则波船舶波浪增阻测试；
    适用于集装箱船、散货船和油船等主力船型；

2.产品特色

（1）核心求解器采用独创的泰勒展开边界元法

（2）面元网格智能生成

（3）试验结果分析
    可给出增阻首中尾贡献，指导线型优化；
   可提供船体三维压力场；
    试验结果动态展示；
    试验报告自动生成；

3.运行环境和效率

本虚拟试验系统基于势流理论方法开发，对计算机要求较低，唯一要求计算机内存要足够大，至少16G。虚拟试验系统是在window系统下开发，须在window系统下运行。基于openmp开展并行计算，需要配置Openmp库环境。在当前主流Intel(R) Core(TM) i7-7700HQ CPU @ 2.8GHz 处理器情况，全流域8000网格数下单个频率点耗时7分钟。多工况点并行计算，平均单个频率点耗时4分钟。单个航速下波浪增阻RAO曲线耗时90分钟。

4.试验精度

测试结果获得了国际标模、项目组标模等物模试验验证。与国际标模KCS， KVLCC2等验证对比，六级海况下波浪增阻误差在15%以内。

（一）案例一 波浪增阻-集装箱船

  1.1 案例名称

案例试验- 14000TEU集装箱船迎浪下的波浪增阻虚拟试验

  1.2 案例描述

案例针对某14000TEU集装箱船展开船舶波浪增阻虚拟试验。航速分别为12和18节，浪向180°。通过CNT-TEBEM-WAR软件对划分好的网格进行计算，在设置时间步，圆频率、航速等参数后进行虚拟试验，得到波浪增阻响应曲线，虚拟试验结果与模型试验吻合度较好。

  1.3 性能比对

计算结果对比如下图2.1：

通过上面的对比可以看出，虚拟试验系统和软件WASIM计算精度相当，能够给出同一精度水平的预报结果。

  1.4 工业应用

本虚拟试验在上海船舶设计研究院、大连船舶重工集团公司、上海外高桥造船有限公司、上海江南造船集团公司、中船重工702所、中船工业708所、上海船舶运输研究所、BV船级社上海分社等单位获得应用。

（二）案例二 KCLCC2油船迎浪下的波浪增阻虚拟试验

  1.1 案例名称

案例试验-KCLCC2油船迎浪下的波浪增阻虚拟试验

  1.2 案例描述

本案例针对KCLCC2油船迎浪下的波浪增阻虚拟试验。航速为15节，浪向180°。通过CNT-TEBEM-WAR软件对划分好的网格进行计算，在设置时间步，圆频率、航速等参数后进行虚拟试验，得到波浪增阻响应曲线，虚拟试验结果与模型试验吻合度较好。

  1.3 性能比对

计算结果对比如下图2.2：

通过上面的对比可以看出，虚拟试验系统和CFD软件计算精度相当，能够给出同一精度水平的预报结果。

（三）案例三 阿芙拉油船迎浪下的波浪增阻虚拟试验

  1.1 案例名称

案例试验-阿芙拉油船迎浪下的波浪增阻虚拟试验

  1.2 案例描述

本案例针对阿芙拉油船迎浪下的波浪增阻虚拟试验。航速为9节，浪向180°。通过CNT-TEBEM-WAR软件对划分好的网格进行计算，在设置时间步，圆频率、航速等参数后进行虚拟试验，得到波浪增阻响应曲线，虚拟试验结果与模型试验吻合度较好。

  1.3 性能比对

计算结果对比如下图2.3：

通过上面的对比可以看出，虚拟试验系统预报结果精度满足要求。

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“船舶快速性预报”为例进行详细介绍。

登录系统后，点击页面左侧导航栏中的“船舶波浪增阻”，从而进入该试验的管理页面。如下图所示，该页面有关于船舶波浪增阻的主要功能介绍，以及该虚拟试验的相关特色，其下为“我的试验”。

“我的试验”中给出用户做过的试验列表，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。

页面的右侧是船舶快速性预报的“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红色字体标出的字样“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，新试验创建后将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“船舶波浪增阻”为例，介绍一下各种类型参数的录入方式。

2.1 网格导入

点击网格导入按钮，显示如下图显示画面。

主要有两种上传网格的方法，一种是点击选择模型，上传模型文件并进行模型自动划分网格，如下图所示。

另一种是自己直接上传网格文件，如下图所示。

2.2 船体参数

点击船体参数按钮，显示如下图所示页面，可以进行与船型相关参数的设置。按照所提示的信息输入正确的船型参数。

2.3 环境输入

点击环境输入按钮，可进入如下图所示页面，可以对环境输入的参数进行设置，以下所有参数都需要用户手动输入。

2.4 计算控制

点击计算控制按钮，可进入如下图所示页面，可以对相关系数等参数进行设置。这里需要注意的是，对于阻尼控制参数的输入有两种方法，若选择基于经验公式估算，则点击选择即可，不需要输入参数，若选择基于模型试验测试数据，则要输入相关的参数值。

2.5 输出控制

点击输出控制按钮，可进入如下图所示页面，可以对输出控制参数进行设置。

3. 计算求解

全部参数正确设置后，可启动求解器进行计算。如下图所示红色方框内，求解器的启动及计算状态展示在整个页面的右下方。

如下图所示，点击“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，可切换到试验结果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谱分析结果

在这里，需要自己新建相关的谱型和参数，输入完成后点击计算按钮，如下图所示。

4.3时历曲线

在时历曲线里面可以看到各个结果的时历曲线，如下图所示

4.4幅值曲线

在幅值曲线中，可以看到各个结果的幅值RAO曲线

1. 参考文献

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[29]. 朱城锜，陈纪康，段文洋，马山，基于泰勒展开边界元法的肥大型船舶运动及波浪增阻时域计算敏感参数分析，第十四届全国水动力学学术会议暨第二十八届全国水动力学研讨会文集，2017.8.8-2017.8.10

2. 研究团队

上海交通大学         朱仁传等

韩国国立首尔大学         Yonghwan Kim等

日本大坂大学         柏木正等

法国BV船级社         陈晓波等

3. 研究进展

船舶阻力研究对船舶线型优化起着关键作用。船舶阻力又分为船舶静水阻力及波浪增阻。随着船舶节能减排口号的提出，EEDI指数的设定，船舶波浪增阻已成为业界研究的热点。研究表明船舶波浪增阻主要包括船舶运动增阻及反射增阻两个部分。对不同船型，不同工况，两者贡献不一。波浪增阻数值预报方法主要有经验公式\切片法，三维势流方法及CFD方法。

目前切片法耦合经验公式进行船舶波浪增阻预报依然广泛使用。其最大的优点是计算高效，结果精度符合预期，但其缺点是简化过多，例如忽略水下三维形状的影响，基于Neuman-Kelvin假设忽略定常势对非定常势的影响，短波绕射增阻等。因此无法对船舶波浪增阻数值预报进行精细化模拟。而CFD方法则正好克服了上述方法的缺点，其能够真实模拟船舶周围流场(包括粘性、非线性效应等)，无需引入各种假设。但与之对应的则是需要较丰富的建模经验，计算耗时，其效率还远达不到24小时内出结果的期望。三维势流方法则综合了上述两种方法的特点，即能够部分精细化模拟船舶周围流场的流动又能够保证较高的计算效率。因此基于三维势流方法开发一款高效、可靠的船舶波浪增阻预报软件拥有一定的现实需求和应用前景。

以Rankine源作基本解时域求解船舶耐波性和波浪增阻问题的数值方法得到了较大发展。MIT在90年代经过Nakos, Kring, Huang等多年努力开发了SWAN程序计算Wigley和S60船定常及非定常边值问题。Joncquez在2008和2009年利用高阶元方法计算Wigley船波浪增阻，并与远场公式的结果进行了比较,并给出了基于Newman-Kelvin假设和叠模流假设的结果对比分析。Zhang和Beck在2008年, Zhang等在2010年利用无奇点边界元方法求解Wigley和S60船定常和非定常兴波问题。Kim等2011年基于时域Rankine源方法开发了WISH程序，对Wigley，S175，S60，KVLCC2船波浪增阻进行数值计算研究，验证WISH程序的正确性。Shao和Faltinsen在2012年将有航速边值问题从随船平动坐标系转换至随体坐标系下求解，利用高阶元法对Wigley，S60和S175船进行波浪增阻预报，数值结果精度与试验值吻合较好。对于有航速问题时域采用Rankine源模拟容易出现稳定性问题，一般采用低通滤波的方法使得时域模拟过程稳定。常用的滤波器包括三点、五点和七点滤波。为避免流场动压瞬变，一般都对波面升高进行滤波处理。研究表明滤波对波浪增阻预报有一定的影响，尤其是短波波浪增阻预报。因此发展无需滤波处理的时域预报船舶波浪增阻的计算程序是有其实际需求的。段文洋提出了内外域匹配方法（2017）解决了外漂型船运用格林函数时域求解发散的问题，匹配方法利用时域格林函数外传效率高的特性，时域模拟稳定，无需进行滤波处理。因此将此方法推广至船舶波浪增阻预报中去有较强的实用价值。段文洋和陈纪康（2017）提出采用三维时域泰勒展开匹配边界元法发展了船舶三维有航速波浪增阻预报算法，通过与标模试验等试验数据和商业软件对比表明具有很好的计算精度、计算效率和稳定性。

实用工具（与本虚拟试验相关的国内外其他工具软件等）；

WASIM，WISH，Shipflow，StarCCM+等