TCSNAME 161-2025 基于计算流体力学的船舶航速预报与验证

ICS47.020.99CCS

U04团 体 标 准T/CSNAME161—2025基于计算流体力学的船舶航速预报与验证Shipspeedforecastingandverificationbasedoncomputationalfluiddynamics2025-11-26发布 2026-02-26实施中国造船工程学会 发布T/CSNAME161—2025T/CSNAME161—2025II前 言本文件按照GB/T1.1—2020《标准化工作导则第1部分：标准化文件的结构和起草规则》的规定起草。请注意本文件的某些内容可能涉及专利。本文件的发布机构不承担识别专利的责任。本文件由中国造船工程学会船舶标准化专业委员会会提出。本文件由中国造船工程学会归口。本文件起草单位：中国船级社。本文件主要起草人：赵佳雯、王晓芳、蔡琰先、杨成坤、王慧芳。T/CSNAME161—2025T/CSNAME161—2025PAGEPAGE1基于计算流体力学的船舶航速预报与验证范围本文件规定了船舶采用计算流体力学（CFD）方法进行航速预报、结果验证及先关报告要求。本文件适用于国内和国际航行船舶能效指数(AttainedEEDI/EEXI情况的航速计算与验证也可参考使用。规范性引用文件（包括所有的修改单适用于本文件。GB/T30007-2022船舶和海上技术通过分析测速试航数据以确定速度和功率性能的评估导则ITTC7.5-02-02-01阻力测试（Resistancetest）ITTC7.5-03-01-02CFD中的不确定性分析，RANS准则指南（UncertaintyAnalysisinCFD,GuidelinesforRANSCode）ITTC7.5-03-01-04CFD验证CFDVerificationITTC7.5-03-02-03CFDPracticalGuidelinesforShipCFDApplicationsITTC7.5-03-02-04CFDPracticalGuidelinesforShipResistanceCFDITTC7.5-03-03-01船舶自推进CFD的实用指南PracticalGuidelinesforShipSelf-PropulsionCFDITTC7.5-02-03-01.41978ITTC单桨船性能预报方法1978ITTCPerformancePredictionMethod术语和定义下列术语和定义适用于本文件。同形船舶 setofcomparableships（如鳍板（节与母型船舶相同的船舶。相似船舶 similarship/含）（船舶。校准系数 calibrationfactor数值计算结果与模型试验或实船试航所得到的同等航速下的船舶功率的比值。航速预报预报流程基于CFD的航速预报流程见图1，根据数值模型的尺度可分为基于模型尺度的航速预报和基于实船尺度的航速预报。数值建模数值建模的要求如表1所示。

图1航速预报流程表1数值建模要求类别要求几何实船尺度：模型尺寸与实船一致。船模尺度：模型尺寸垂线间长不小于6m，对应螺旋桨模型直径不小于200mm。计算域计算域尺寸设置应足够大以便消除边界的影响自由度建议至少考虑纵摇和垂荡自由度的运动影响螺旋桨建模敞水计算须完全建模，自航计算可采用激励盘替代湍流模型通常使用SSTk-ω或RSM作为船舶计算用标准模型（SSTk-ω用于常规流动，RSM用于复杂分离流动）后处理需要证明，在最终结果的平均中已考虑了足够的时间步，以避免结果中的潜在振荡产生不可接受的负面影响粗糙度ITTC程序对结果进行后处理时将粗糙度纳入考量湍流强度不超过10%Y+值按照ITTC7.5-03-02-03要求阻力计算同一曲线上数值计算工况点不应少于模型试验取点数，阻力计算的速度点间隔对应的实船航速应不大于0.5节。螺旋桨敞水性能计算螺旋桨敞水特性曲线应根据螺旋桨在船舶预期运行工况确认计算/EEDI验证的功率点。敞水特性曲线对应的进速系数间隔应不大于0.05。MAUB算结果。有效性应得到充分验证。自航因子计算激励盘模型对于船桨干扰的自航因子计算，螺旋桨可采用基于体积力的激励盘模型（其他复杂结构物以及有明显预旋的船舶除外）。性曲线或者基于面元法实时计算得到。度与网格特性应提供充分算例验证，时间步长不应大于阻力数值计算的时间步长。强制力𝐷间的差异。可通过以下两种计算方法得到：二因次法，强制力计算公式见式（1）：

=

−𝐶

1−∆𝐶]×−∆𝐶]

𝑉2·······················································(1)式中：

𝐷

𝐹𝑠

𝐹 2 𝑤𝐶𝐹𝑚——船模摩擦阻力系数，无量纲，计算方法参见ITTC7.5-02-03-01.4；𝐶𝐹𝑠——实船摩擦阻力系数，无量纲，计算方法参见ITTC7.5-02-03-01.4；3∆𝐶𝐹——粗糙度修正系数，无量纲，计算方法参见ITTC7.5-02-03-01.4；3𝜌——海水密度，单位为千克/立方米（kg/m）；2𝑆𝑤——船模的湿表面积，单位为平方米（m）；2𝑉——航速，单位为米/秒（m/s）。××

=[(1+

−

)−∆𝐶]

𝑉2··············································(2)式中：

𝐷

𝐹𝑠

𝐹 2 𝑤1+𝑘——形状因子，无量纲。获取方法参见ITTC7.5-02-02-01、ITTC7.5-03-02-04和ITTC7.5-03-01-02。求解方法自航因子计算应包括详细的自航点求解方案和自航因子的推导过程。33ITTC7.5-03-03-01航速功率换算/直接计算基于模型尺度的航速功率换算阻力换算（如舭龙骨等在实船有效功率以总阻力的补贴系数进行反馈。两种方法换算流程如下：二因次法。基于傅汝德假设把阻力分为摩擦阻力和剩余阻力两部分，主要流程如下：对于船模： 𝐶𝑇𝑚=+······································································(3)式中：𝐶𝑇𝑚——船模总阻力系数，无量纲，由CFD计算得到；𝐶𝑅𝑚——船模剩余阻力系数，无量纲；基于傅汝德假设有： =············································································(4)式中：𝐶𝑅𝑠——实船剩余阻力系数，无量纲；则实船总阻力系数为： 𝐶𝑇𝑠=++··································································(5)ITTC75-02-03-01.4航速功率换算模型-实船的航速功率换算流程按照ITTC75-02-03-01.4进行。基于实船尺度的航速功率计算对于基于实船尺度航速功率直接预报，最终结果应考虑粗糙度修正系数的影响。结果验证可通过对比目标船舶的母型船、同形船舶或相似船舶的数值计算结果与模型试验或实船试航结果GB/T30007-2022数值计算结果的准确性采用校准系数F表示，其值应介于0.95和1.05之间（含）。65％主机额定功率（MCR）100％MCR（含）4（75％MCR况，应对各个功率点采用各自校准系数分别进行修正。计算报告航速预报和验证的过程应进行详细记录，报告内容与格式可参考附录A。附录A（资料性）介绍此报告包含XXX（船舶名称）EEDI参考速度（Vref）的数值计算结果。本报告中使用的方法和流程符合ITTC关于数值计算的最新程序要求。本报告中采用的数值计算建模和求解方法已应用于船舶名称的母型船船舶名称母型船船舶名称数值计算结果与模型试验结果的对比得到该方法的校准系数为如报告包含XXX（船舶名称）与YYY（船舶名称）的型线和参数对比、YYY（船舶名称）的数值计算报告、YYY（船舶名称）数值计算结果与模型试验结果的对比和分析结果。资格在过去的5年中，ZZZ（公司名字）根据ITTC7.5-03-01-02开展了多项数值计算研究，涵盖船舶阻力和推进性能等方面，项目示例见表A.1。表A.1项目情况序号年份项目简单描述计算船型船舶主尺度与目标值差异*（%）123……*对曲线结果对比，取曲线上多点对比结果的差异均值。支持文件应提供表A.2中的支持文件用于此次数值计算，并提供支持文件的文本。表A.2支持文件清单文件编号文件名称描述1YYY模型实验报告2XXX总布置图3XXX螺旋桨图…CFD包括使用软件的名称、版本号和一般描述等内容。船舶和螺旋桨信息船舶基本信息见表A.3。表A.3船舶基本信息船舶名称船舶编号船型主机额定功率/转速/rpm载重吨/t空船重量/t设计吃水/mEEDI吃水/m垂线间长/m型宽/m型深/m螺旋桨基本信息见表A.4。

表A.4螺旋桨基本信息直径/m桨叶数量旋转方向盘面比桨毂直径/m0.7R处弦长/m0.7R处最大厚度/m0.7R处螺距比CFD建模说明模型几何说明船舶建模信息见表A.5。

表A.5船舶建模信息项目计算建模缩尺比总长/m垂线间长/m型宽/m型深/m设计吃水/m设计吃水对应排水体积/m3设计吃水对应湿表面积/m2EEDI吃水/mEEDI吃水对应排水体积/m3EEDI吃水对应湿表面积/m2浮心纵向位置/m浮心垂向位置/m重心垂向位置/m螺旋桨建模信息见表A.6。

表A.6螺旋桨建模信息项目计算建模缩尺比直径/m桨叶数量旋转方向盘面比桨毂直径/m0.7R处弦长/m0.7R处最大厚度/m0.7R处螺距比网格收敛性验证本模型网格划分策略同母型船（说明母型船网格收敛性验证的结果）。数值计算的设置求解方程说明采用的流体力学控制方程。模拟类型说明模型类型是定常或非定常。湍流模型说明选择的湍流模型的类型和选取理由。数值求解方法说明模型的数值求解方法，例如二阶迎风和迭代停止标准。边界条件说明边界条件的选择和计算域划分。模型坐标系和自由度设置说明坐标系、模型原点和模型自由度的情况。螺旋桨建模说明螺旋桨建模情况，例如：全螺旋桨、激励盘。初始条件设置说明所用的初始条件，包含收敛标准。）后处理和结果分析后处理说明所使用的后处理程序（如平均值、最终值等），以及找到自航点结果的方法。计算结果计算结果统计模型尺度下各参数的数值计算结果见表A.7。表A.7模型尺度的计算结果参数工况1工况2工况3……工况10总阻力/N粘性阻力/N压阻力/N推力减额（t）伴流分数（w）螺旋桨推力/N螺旋桨扭矩/N*m螺旋桨效率相对旋转速率/r/s主机输出功率/