海面运动舰船湍流尾迹的数值仿真方法 .pdfVIP

(19)中华人民共和国国家知识产权局

(12)发明专利说明书

(10)申请公布号CN105279330A

(43)申请公布日2016.01.27

(21)申请号CN201510693544.5

(22)申请日2015.10.24

(71)申请人复旦大学

地址200433上海市杨浦区邯郸路220号

(72)发明人任维君刘鹏金亚秋

(74)专利代理机构上海正旦专利代理有限公司

代理人陆飞

(51)Int.CI

G06F17/50

权利要求说明书说明书幅图

(54)发明名称

海面运动舰船湍流尾迹的数值仿真

方法

(57)摘要

本发明属于海洋流体力学和海洋遥

感监测技术领域，具体为一种海面运动舰

船湍流尾迹的数值仿真方法。舰船湍流分

为两类：船尾射流和船侧涡流对；舰船湍

流数值模拟是基于湍流尾迹宽度和湍流能

量衰减谱的半经验公式，采用双线性叠加

法。具体模拟步骤是：一、舰船湍流宽度

计算，由给定舰船参数（长度、宽度、航

速等），根据湍流尾迹宽度半经验公式计

算尾迹宽度；二、根据舰船长度、宽度、

航速、船型系数、船体阻力系数等参数计

算舰船两侧的涡流速度；三、将海面剖分

成网格，用基于舰船尾迹湍流谱的双线性

叠加法计算网格点处的湍流起伏高度。该

方法原理简单、计算量小、容易实现，能

够准确地模拟出舰船湍流尾迹的主要几何

特征，尤其是湍流起伏高度，与实测结果

吻合较好。

法律状态

法律状态公告日法律状态信息法律状态

未缴年费专利权终止IPC(主分

类):G06F17/50专利

2022-10-11号:ZL2015106935445申请专利权的终止

日权公告

日

权利要求说明书

1.一种海面舰船湍流尾迹的数值仿真方法，其特征在于具体步骤为：

（1）确定舰船的各项参数：舰船长度、横宽、航速、船型系数、船体阻力系数、

涡核深度，建立运动舰船的几何模型，并建立仿真计算的坐标系统，将海面离散化，

剖分成网格单元；

（2）根据舰船参数和舰船湍流尾迹宽度半经验公式，计算出该舰船特定速度下的

尾迹宽度公式；

（3）根据舰船尾迹湍流谱的半经验公式，分别计算船尾射流和船侧涡流对的能量

衰减谱，采用双线性叠加方法模拟湍流尾迹，即将湍流尾迹看作无限多个振幅、频

率、初相位以及传播方向均不相同的简单余弦波的叠加。

2.根据权利要求1所述的海面舰船湍流尾迹的数值仿真方法，其特征在于：步骤

（1）的具体过程为：

设定舰船参数：长度，横宽，航速；

建立两个空间直角坐标系，其一是船头坐标系，其坐标原点位于船头位置，轴由船

头指向船尾，轴与静海面平行且垂直于船身，轴垂直于静海面；其二是船尾坐标系，

其坐标原点位于船尾，船尾坐标系是船头坐标系在轴方向水平平移一个船体长度后

的新坐标系；船头坐标系用来计算船侧涡流对起伏高度，船尾坐标系用来计算船尾

射流的起伏高度；

将海面离散化，剖分成网格单元，设海面模拟尺寸为，剖分节点数为，网格步长的

选取要考虑计算量。

3.根据权利要求2所述的海面舰船湍流尾迹的数值仿真方法，其特征在于：步骤

（2）的具体过程为：

舰船湍流尾迹宽度半经验公式：

(1)

其中，参数和由实验测量数据确定，；实验发现距离船体4倍船长处的尾迹宽度大

约为船宽的4倍；

(2)

，将公式（2）带入式（1）得：

(3)

令：

(4)

则：

(5)

于是，根据舰船尺寸就可以计算出的值，进而得到舰船湍流尾迹宽度的计算公式。

4.根据权利要求3所述的海面舰船湍流尾迹的数值仿真方法，其特征在于：步骤