船舶流體仿真的案例
船舶計算流體力學 (CFD) - 船舶設計與優化的頂尖仿真工具（免費領文檔）
下載我們有關船舶 CFD 仿真的專題報告。
船舶行業習慣于依賴船池比例模型進行船舶性能預測。盡管這種方法仍然有用，但仿真的興起，尤其是計算流體力學 (CFD) 的興起，也帶來了以數字化方式研究船舶行為的機會。這就開創了在真實的運行條件下以全尺寸預測船舶性能的方式。在本項專題報告中，我們將展示挪威船級社 (DNV-GL) 和美國船級社 (ABS) 這樣的行業領軍企業的工程師和船舶設計師如何使用 Simcenter 軟件進行船舶 CFD。
案例研究涉及的主題包括：
流體動力學仿真
空氣動力學分析
推進系統
數值船池
自動設計探索
流體動力學仿真為船池試驗提供了備選方案
在過去的一百多年里，人們一直使用船池來確定流體動力學性能。然而，制作船池模型并進行試驗，不僅成本高昂，而且格外耗時。這就意味著，船池試驗通常在設計周期后期執行。這些試驗用于驗證和調整已經確定的設計，而不是為早期設計選項出謀劃策。
CFD 仿真為船池試驗提供了新型備選方案。工程師們可以使用數值船池的虛擬模型，以數字化方式測試船舶性能。流體動力學仿真的設置和運行快速，因此能夠更早在設計流程中部署。這樣就可以提供工程數據，用于將設計推向不同的、更好的方向，開辟船舶設計創新之路。
專題報告包含多個案例研究，展示 CFD 仿真在各種場合的應用，包括船體的流體動力學優化以及螺旋槳裝置的建模，包括預測空化現象。這些研究顯示了快速進行設計評估的優勢所在，以及船舶可用的多種多物理場模型。
了解如何進行船舶設計優化
要想在船舶能效和創新的競賽中保持領先，工程師需要能夠快速地預測出設計更改對船舶實際性能所造成的影響。設計探索軟件依據用戶定義的要求對各種變型進行快速、自動化的評估，將 CFD 仿真推向新一層級。
展開 論流體力學在船舶操縱中的應用
記得學校里上流體力學第一節課的第一部分，老師拿兩張白紙，以差不多10cm的間距，平行拿在手中，然后往兩張紙中間吹氣，結果兩張紙就相互貼攏。解釋：兩張紙中間的氣流速度快，兩張紙中間的壓強比外側壓強小，從而產生由兩側向內的壓力。這就是流體力學的基本原理：流體（氣流和水流）速度越快的部位，壓強越小。相信大多數人都知道自來水龍頭放水（水龍頭出水不能太大）沖乒乓球的結果：乒乓球始終平衡在水柱的正下方；以上述原理解釋就是：當乒乓球向任何一側偏出時，另一側（水柱中心方向）的水流相對更大、更急，偏出側水流則小而緩；水柱中心方向壓強就小，就會產生推乒乓球向水柱中心側的壓力，推動乒乓球向水柱中心移動，使得乒乓球始終平衡在水柱的正下方。
還記得船舶錨鏈倉污水排放系統的結構嗎？在我印象中絕大多數船舶是通過消防水來提供排放動力的。如下圖所示：啟動消防泵后，再打開進、出水口控制閥，在單向截止閥的消防水一側由于水流急，形成了一定的真空，產生了一定的吸力，吸開單向截止閥，進一步吸出錨鏈污水，跟隨消防水一起排出舷外。消防水壓力越大，產生的吸力就越大。這套系統的運行方式，很好的印證了上述原理：流體（氣流和水流）速度越快的部位，壓強越小。
有個有趣的現象：航行中，前、后八字方向來風，駕駛臺除兩翼門打開外，其他門、窗都保持關閉狀態，你會發現上風舷的門口在出風，而下風舷的門口則在進風。以上述原理解釋就是上風舷風速大，壓強小，下風舷氣流則較亂，產生了渦漩，壓強大，從而使得氣流從下風舷門進入駕駛臺內部。
“高速行進中的船舶，迎風偏轉。”
相信很多人都非常熟悉這句話，這句話是指：海上正常航行的船舶，流的影響不是很大的情況下，將舵放在正舵位置，艏向會自己偏轉到風的來向，即艏向去找風向。
展開 船舶工程-船舶煙氣流場仿真APP
訪問Simapps平臺，在線計算船舶工程-船舶煙氣流場仿真APP：
https://www.simapps.com/v2/engineering-app/all/33159
Workbench lS-DYNA船舶碰撞仿真案例，詳解視頻及原模型 ￥69
涉及船舶結構的幾何處理，模型建立，碰撞分析，結果處理等各個方面。設置方法程詳細，結果結果合理。
1. 概述
LS-DYNA 是ANSYS Workbench中一款顯式動力學分析的模塊，廣泛應用于碰撞、沖擊、爆炸等非線性瞬態問題。其核心優勢在于處理大變形、材料失效和復雜接觸問題。以下將結合輪船/防撞梁碰撞案例，說明 LS-DYNA 的關鍵操作流程。本文檔詳細介紹了輪船碰撞仿真的主要技術點，包括幾何處理、材料定義、網格劃分、接觸設置、邊界條件、計算設置和結果分析等內容。通過本指導，用戶可以掌握輪船碰撞仿真的核心步驟和注意事項。
2. 幾何處理
2.1 幾何簡化
使用三維實體單元會導致計算量顯著增加，尤其是在沖擊和震動分析中。所以需要將三維幾何模型簡化為殼模型（Shell Model），以減少計算量。可以使用SpaceClaim、DesignModeler (DM) 或其他三維CAD軟件進行幾何處理，然后將處理好的幾何模型調入LS-DYNA模塊。
在沖擊和震動分析中，使用三維實體單元（如六面體或四面體單元）會顯著增加計算資源消耗。這是因為實體單元需要在三個維度上劃分網格，每個單元需計算位移、應力和應變等多個自由度，導致單元數量龐大且求解時間成倍增長。為解決這一問題，通常將三維幾何模型簡化為殼模型（Shell Model）。殼單元僅需在二維平面上劃分網格，并通過定義厚度參數還原結構的力學特性，既能大幅減少單元數量（通常可縮減至實體模型的10%~30%），又能有效保留結構的抗彎、抗剪性能。幾何簡化可通過專業前處理軟件（如ANSYS SpaceClaim或DesignModeler）完成，也可用其他三維CAD軟件處理。通過合理簡化模型，可在保證結果可靠性的前提下，顯著提升碰撞仿真的計算效率。
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聲學仿真：船舶噪聲仿真分析
來源：舟山虛擬仿真驗證平臺
船舶噪聲來源主要有三個，分別是艙室噪聲、水下輻射噪聲以及自噪聲，分別介紹如下：
01
艙室噪聲
艙室噪聲是由船舶的結構噪聲和空氣噪聲共同引起的。除空氣聲源艙室和鄰近艙室中的艙室噪聲主要由空氣噪聲決定外，其它艙室的艙室噪聲主要由結構噪聲決定。
02
水下輻射噪聲
船舶在海上航行時引起的水下輻射噪聲，主要由機械設備振動產生的水下噪聲、螺旋槳噪聲、螺旋槳脈動壓力作用在艉部結構產生的水下噪聲和水動力噪聲組成。
03
自噪聲
自噪聲是指聲納接收換能器所接收到的其載體產生的噪聲和聲納設備本身產生噪聲的總和。
目前噪聲仿真分析技術已擁有聲振耦合分析功能，適用于仿真計算船體設備的振動引起的聲輻射、水下艦艇的聲輻射、阻尼與隔振等問題，并可以通過合理地優化船舶總體結構與各部件，達到減振降噪的目的。圖中是水下某艦艇聲輻射仿真分析應用示例。
展開 流體仿真計算、結構強度計算、ANSYS有限元分析，仿真分析培訓，流體、結構類輔材供應
業務方向：流體仿真計算、結構強度計算、ANSYS有限元分析，仿真分析培訓，流體、結構類輔材供應。
聯系電話：王經理 15900979745
三維視景仿真環境下的船舶分油機仿真系統設計
來源：互聯網 作者：羅楚江 滕憲斌 楊期江
關鍵字：船舶分油機 虛擬現實技術 仿真
本文針對目前在實船上廣泛使用的Alfa Laval S系列分油機的EPC-50控制系統，設計了船用分油機的三維視景仿真系統。
船舶分油機是船舶動力系統不可或缺的重要設備之一，其作用是對船舶主機和輔機等設備的燃油和滑油進行分離凈化，其仿真系統的研發有助于輪機模擬器的發展。采用的是以PLC作為控制器，雖然PLC工作穩定可靠，但價格相對貴，增加生產成本。采用單片機作為主控芯片，單片機存在處理速度慢，資源有限等缺點，增加電路的復雜性，也不能夠搭載嵌入式實時操作系統，不能很好的對船舶分油機系統進行仿真模擬。雖然采用了32位嵌入式芯片，但是在軟件的仿真上，采用了二維操作界面，不能真實模擬船舶分油機的狀態。采用虛擬現實技術，制作了船舶分油機的虛擬拆裝3D互系統，但缺乏分油機的管理操作訓練。針對以上問題，本文采用32位嵌入式芯片STM32作為主控芯片，該主控芯片基于ARM Cortex-M4內核，內嵌1M Flash和192KB RAM，并且可以達到168MHz的運行速度，可以輕松運行嵌入式實時操作系統。控制板的軟件設計方面，通過uCOS-II操作系統和以太網通信，實現實時與上位機的交互。采用C#語言，搭建船舶分油機系統的數學模型，并基于3ds MAX和Unity3D平臺，搭建三維上位機操作軟件，將虛擬現實技術引入到船舶分油機模擬器中，建立一個高度逼真的多模式訓練系統，具有很強的沉浸感，從而給學員帶來真實的培訓體驗。
1 系統總體設計
船舶分油機模擬系統是通過數學建模的方法，結合實物控制箱，將實際船舶上的分油機進行仿真的一套系統，船舶分油機模擬系統結構圖如圖1所示。
展開 三維視景仿真環境下的船舶分油機仿真系統設計
來源：互聯網 作者：羅楚江 滕憲斌 楊期江
關鍵字：船舶分油機 虛擬現實技術 仿真
本文針對目前在實船上廣泛使用的Alfa Laval S系列分油機的EPC-50控制系統，設計了船用分油機的三維視景仿真系統。
船舶分油機是船舶動力系統不可或缺的重要設備之一，其作用是對船舶主機和輔機等設備的燃油和滑油進行分離凈化，其仿真系統的研發有助于輪機模擬器的發展。采用的是以PLC作為控制器，雖然PLC工作穩定可靠，但價格相對貴，增加生產成本。采用單片機作為主控芯片，單片機存在處理速度慢，資源有限等缺點，增加電路的復雜性，也不能夠搭載嵌入式實時操作系統，不能很好的對船舶分油機系統進行仿真模擬。雖然采用了32位嵌入式芯片，但是在軟件的仿真上，采用了二維操作界面，不能真實模擬船舶分油機的狀態。采用虛擬現實技術，制作了船舶分油機的虛擬拆裝3D互系統，但缺乏分油機的管理操作訓練。針對以上問題，本文采用32位嵌入式芯片STM32作為主控芯片，該主控芯片基于ARM Cortex-M4內核，內嵌1M Flash和192KB RAM，并且可以達到168MHz的運行速度，可以輕松運行嵌入式實時操作系統。控制板的軟件設計方面，通過uCOS-II操作系統和以太網通信，實現實時與上位機的交互。采用C#語言，搭建船舶分油機系統的數學模型，并基于3ds MAX和Unity3D平臺，搭建三維上位機操作軟件，將虛擬現實技術引入到船舶分油機模擬器中，建立一個高度逼真的多模式訓練系統，具有很強的沉浸感，從而給學員帶來真實的培訓體驗。
1 系統總體設計
船舶分油機模擬系統是通過數學建模的方法，結合實物控制箱，將實際船舶上的分油機進行仿真的一套系統，船舶分油機模擬系統結構圖如圖1所示。
展開 船舶噪聲仿真分析
船舶噪聲來源主要有三個，分別是艙室噪聲、水下輻射噪聲以及自噪聲，分別介紹如下：
01
艙室噪聲
艙室噪聲是由船舶的結構噪聲和空氣噪聲共同引起的。除空氣聲源艙室和鄰近艙室中的艙室噪聲主要由空氣噪聲決定外，其它艙室的艙室噪聲主要由結構噪聲決定。
02
水下輻射噪聲
船舶在海上航行時引起的水下輻射噪聲，主要由機械設備振動產生的水下噪聲、螺旋槳噪聲、螺旋槳脈動壓力作用在艉部結構產生的水下噪聲和水動力噪聲組成。
03
自噪聲
自噪聲是指聲納接收換能器所接收到的其載體產生的噪聲和聲納設備本身產生噪聲的總和。
目前噪聲仿真分析技術已擁有聲振耦合分析功能，適用于仿真計算船體設備的振動引起的聲輻射、水下艦艇的聲輻射、阻尼與隔振等問題，并可以通過合理地優化船舶總體結構與各部件，達到減振降噪的目的。圖中是水下某艦艇聲輻射仿真分析應用示例。
展開 基于Icepak的船舶儲能電池散熱特性仿真分析
風冷散熱和液冷散熱都是通過固體與流體之間的相互作用來傳遞熱量的[12],均涉及到流固之間的耦合換熱。因此，為了研究電池包在散熱系統作用下的散熱特性和溫度場分布，需要引入流體傳熱控制方程，即質量守恒方程、動量守恒方程和能量守恒方程。
質量守恒方程為
式中，ρ為流體的密度；t為時；U為流體的速度
式中，ρ為流體的密度；t為時間；U為流體的速度。
引入牛頓切應力公式及Stokes表達式，則動量守恒方程的矢量形式可表示為
式中，U為流體的速度；p為流體的壓力；F為單位質量流體所受的體積力。
式中，U為流體的速度；p為流體的壓力；F為單位質量流體所受的體積力。
流體運動的能量守恒方程可表示為
式中，T為溫度；λf為流體的導熱系數；cp為比熱容；Sh為流體內熱源；Φ為由粘性作用導致的耗散函數[13]。
上述控制方程是封閉的，在給定邊界條件的情況下是可以進行求解的。本文所使用的Icepak熱仿真軟件就是此基礎上，對微分方程進行離散和迭代求解，從而得到溫度場分布特性的。
2.2 幾何模型和物性參數設置
本文選用某型3.2V/12.8Ah的船用磷酸鐵鋰電芯作為構成儲能電池包的單體電池，如圖1(a)所示，其尺寸大小為164mm× 71.6mm×23.1 mm。采用先并聯后串聯的成組方式，將10塊單體電池并聯構成一個電池模組，如圖1(b)所示，再將16個電池模組通過串聯的方式組成一個儲能電池包，如圖1(c)所示。
圖1 儲能電池包幾何模型
磷酸鐵鋰電池主要由電池外殼、內核和極柱等構成，其中內核包括正極材料、負極材料、電解質和隔膜等[14];極柱則分為正極柱和負極柱，分別由鋁箔和銅箔構成。單體儲能電池的熱物性參數如表1所示，由于磷酸鐵鋰電池部分物性參數難以獲取，表中的部分參數參考文獻[15]。
展開 船舶航向控制器設計與仿真
來源：互聯網 作者：馮嘉儀 劉教瑜 黃珍
關鍵字：船舶 船舶航向控制器 PID算法 MATLAB
詳細論述了船舶航向控制器的設計與仿真。首先，在MATLAB的Simulink環境中構建船舶航向控制系統的仿真模型，然后通過仿真分析來確定航向控制器的關鍵參數，最后進行調試。
1 船舶航向控制系統簡介
船舶航向運動控制系統由航向給定環節、航向檢測環節、給定航向與實際航向比較環節、控制器、執行機構——舵、調節對象——船等組成。航向控制問題包含兩個方面：航向保持和航向機動性。為了到達目的地和減少燃料的消耗，總是力求使船舶以一定的速度作直線航行，這就是船舶的航向保持問題，即航向穩定性問題：而當在預定的航線上發現障礙物或其它船舶時，或者在有限航道內航行，必須及時改變航速和航向，這就是船舶航行的機動性問題。這兩個方面是衡量一艘船舶操縱性好壞的標志，操縱性直接關系到船舶的使用效能和安全性。因此，船舶航向控制主要分航向保持與航向改變兩種模式。當船舶處于某個設定航線航行時，即航向保持問題；當設定航向發生改變時，船舶需要打舵回轉，即船舶跟蹤問題，前者是船舶在受到各種擾動時以最小的控制力保持在設定航向上，后者希望以最小的超調迅速準確地跟蹤新的設定航向。本文主要研究船舶航向保持問題。
船舶在運動過程中，指令航向由指揮人員給定，船舶的實際航向一般由羅經來測量，在受到外界干擾的情況下，會使船舶偏航，羅經所測得的實際航向與給定的航向進行比較，得出航向誤差信號，該信號送到自動舵系統中，自動舵系統根據所規定的控制規律進行計算，得出一個舵角指令，在舵機的作用下，將舵轉到所需的角度，使船舶修正航向，反復進行測量，直到實際航向與給定航向相一致，自動舵系統輸出零舵角指令信號，船舶按照指令航向進行航向。
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設計仿真 | MSC Apex 如何快速改造FPSO船舶？
BACKGROUND
項
目
背
景
在工程咨詢領域，工程師們經常會遇到在很短的時間內需要完成一些非常困難的、幾乎不可能完成的工作，因為客戶想快速得到答案，工程師們必須在客戶預期之內提供答案，這些來自客戶方的需求，讓工程師的壓力非常大。
這就是位于英國諾斯威奇DOCAN公司的工程師們的生活，他們專門從事能源行業大型結構的設計和分析。最近，DOCAN的工程師負責驗證FPSO裝置（浮式生產儲卸油裝置）的改造，因為運營商希望在FPSO的一個模塊中安裝新的甲板貫穿件，但他們需要確認與最初驗證的設計相比，最新的設計變更將具有足夠的結構能力。
圖：FPSO的典型示例。
CHALLENGE
挑
戰
FPSO分析任務的起點不是CAD幾何結構，而是一個“孤立”的網格模型，即只有Nastran的.BDF文件
展開 干貨視頻 | ANSYS船舶海洋工程領域仿真解決方案
ANSYS作為工程仿真領域的領導者，在海工領域擁有完整的仿真解決方案和大量的企業應用案例，可為海工結構設計提供重要理論指導。
課程內容
01、船舶海洋工程仿真背景概述
02、ANSYS在船舶海洋工程領域的仿真解決方案
03、ANSYS結構產品功能與Aqwa水動力分析功能特點
04、Aqwa與Mechanical耦合仿真計算波浪載荷作用下船體受力變形分析流程
用于船舶設計的全尺寸 CFD 仿真（免費領文檔）
計算流體力學 (CFD) 在船舶設計中應用廣泛。CFD 通常在模型級別運行，以便與試驗槽驗證數據進行比較。但是，由于無法觀察到雷諾數的縮放，因此很難將模型尺寸結果轉換為全尺寸結果。這意味著模型尺寸的理想設計通常不符合全尺寸的要求。在模型尺寸上，研究不同比例的船舶組件（例如，船體-螺旋槳相互作用或節能裝置）之間的相互作用也并非易事。
在本白皮書中，米洛萬·佩里奇 (Milovan Peric) 教授探討了針對運行全尺寸 CFD 仿真的一些常見保留意見，并鼓勵在實際操作條件下對船舶設計進行全尺寸分析。文中研究了雷諾數縮放的影響，以及計算網格要求，同時列舉了在復雜情況下進行全尺寸 CFD 仿真的示例。在很多情況下，全尺寸仿真都比其他備選方案更加準確而可靠，因而也更有助于理解設計性能。
點擊鏈接 獲取完整內容：http://yh604w5yuewxj5hn.mikecrm.com/ThMdoLE
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展開 船舶轉向控制系統設計及仿真研究
來源：互聯網 作者：吳琦
關鍵字：船舶運動 PID控制 轉向模型
本文在傳統控制的基礎上對船舶運動控制方法進行的進一步探討與研究，利用PID控制方法對船舶運動的航向進行反饋控制，使其在受風浪等外界環境干擾的情況下，具有良好好的控制效果。
1 課題研究的背景及意義
船舶航向控制系統的可靠性及性能特點直接關系著航行的安全性和經濟性。從20世紀20年代PID控制應用于船舶航向控制以來，經過實踐的不斷積累和無數高科技人才的不斷探索與完善，其已經成為船舶航向控制領域最基本、最經典的方法。
船舶航向控制系統是一個非線性的、外界環境干擾復雜的系統，從理論上很難用一個精確的數學模型來對其進行描述。在一些特殊的場合、航道復雜或者進行避碰操作的時候甚至需要極富經驗的舵手進行人工操作。而較為精確的PID控制經過多年的摸索和完善可以極大程度的從經濟、環保等方面滿足現代船舶航行控制的要求。
2 船舶轉向模型推導
在確定船舶模型的時候采用野本模型的原因主要是因為參數容易換算出深和航速的關系，但是由于二階模型在轉化為狀態空間模型時不便于加上非線性力以及風浪的干擾，于是我們采用野本的三階模型：
此三階模型公式為傳遞函數的形式，為了在將來的仿真過程中更為方便地添加非線性的風、浪等干擾，必須把傳遞函數的形式轉化為擁有三個自由度的狀態空間數學模型式，而轉化后的數學模型參數矩陣為：
將上述的的參數矩陣轉化為標準形式：
其中：
轉化為標準形式后，可以更為方便地加上非線性力和風浪的干擾。
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