传统的物理模型水池拖曳试验耗时耗资。我们的基于 洞察CAE 和 OpenFOAM 实现精确的船舶阻力模拟——更快、更经济、完全可复现。最棒的是：您无需自己处理模拟软件——我们可以应您的要求，完全代表您执行模拟。.

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什么是虚拟风洞？

拖曳水池传统上是一个很长的水槽，在其中物理地拖曳按比例缩小的船舶模型在水中前进，以测量阻力和推进力。虚拟拖曳水池将这一原理应用于计算流体动力学（CFD）：船只将在计算机模拟中以定义的 [速度] 进行计算——无需昂贵的模型制造，无需因水池占用而等待。.

我们模拟的基础是领先的开源CFD平台OpenFOAM，结合InsightCAE框架，该框架使从网格生成到求解器再到后处理的整个仿真流程自动化且可重复。.

InsightCAE：通过自动化实现效率

InsightCAE 是一个开源工具，用于自动化和管理 OpenFOAM 仿真。它标准化了网格生成、边界条件和评估，从而可以用最少的手动工作进行参数研究。我们将此强大基础设施的优势直接传递给您——您无需自己深入研究软件即可获得专业的 CFD 结果。.

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功能范围

• 电阻计算： 基于RANS方程的摩擦阻力、压差阻力、波浪形成图案和浮体姿态。.
• 参数研究 船体变体、吃水和速度范围的系统比较。.
• 电阻曲线： 与郁特数相关范围的计算，用于设计和操作优化。.
• 评估与报告 结构化的结果报告，包含压力分布、流动可视化和比较指标。.

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与实体模型试验相比的优点

虚拟拖曳试验将周的周转时间缩短到几天。无需重新建模即可在模拟中直接调整几何变体。同时，也节省了模型水池的空间成本以及差旅和物流费用。尤其是在需要评估许多船体替代方案的早期设计阶段，数值方法具有明显优势。.

我们的模拟遵循建议 国际贸易技术委员会 （国际拖曳水池会议）用于CFD验证和网格收敛，以提供可靠的、可供工程借鉴的结果。.

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委托流程

1. 几何传输 – 您提供我们您船舶的船体几何形状，最好是 IGES、STEP 或 STL 文件。如果不需要任何后处理，我们甚至可以提供额外的折扣。.
2. 定义边界条件 – 我们将与您一起协调深度、速度范围及其他操作参数。.
3. 执行模拟 - 我们的自动化 InsightCAE 工作流会计算阻力以及可选项参数变体。.
4. 获得结果 您将收到一份结构化的报告，其中包含关键绩效指标、可视化和建议——无需模拟知识即可进行评估，并可集成到后续的数字评估流程中。.

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费用和价目表

我们将开源基础设施的成本优势直接回馈给您。所有价格均可在我们的价目表中找到。.

的 海况计算 是船舶设计的一个关键要素，为评估船舶和海上结构在真实海况下的行为奠定了基础。它提供了安全评估和运营规划的关键信息。.

什么是海况分析，以及为什么它很重要？

海况是指船舶在海上受到的由风、浪和洋流产生的动态力。深入的海况分析能够精确预测船舶在设计阶段的运动特性——在龙骨铺设之前。这最大限度地减少了事后昂贵的修改，并提高了船上安全性。.

Seegang计算的潜在代码

海况计算的分析通常通过 潜在代码 进行。该方法基于势流理论，能够快速、数值稳定地计算作用在船体上的水动力。势流代码假设流体是不可压缩、无粘和无旋的——在许多实际情况下，这些假设对于海浪计算来说都是合理的。.

响应幅度算子 (RAOs)：运动分析的核心

海况计算的核心是确定 响应幅度算子 – 也称为传递函数 – 适用于船舶的六个自由度：

• 浪涌 纵向移动
• 摇曳 弓步
• 起锚 - 轮毂运动
• 滚动 滚动动作
• 间距 夯实运动
• 呀 贪婪的运动

RAOs（响应幅值算子）描述了船舶对特定频率和方向波浪的响应强度。它们是频率依赖的，并且为不同的船舶速度和波浪航向角确定。.

派生特征：加速度、速度和晕船准则

然后，将根据这些 RAO 在船上的任意位置计算出多种与实践相关的性能指标。

• 加速度 （例如在工作地点、起重机位置或货物固定点）
• 速度 船舶在不同海况下的运动
• 晕船的发生频率标准 （晕动症发生率，MSI）
• 相对运动和干舷 用于评估绿水事件
• 可操作性指数 在特定海况下安全使用

这些结果将直接应用于船舶设计、设备布置以及海上作业的规划。.

开源工具模拟：PDStrip 和 NEMOH

模拟将通过久经考验的 开源工具 PDStrip 或 尼莫 已执行

• PDStrip 是一个2D条带法代码（条带理论），特别适用于细长船体，并具有计算速度快的特点。它非常适合初步设计迭代和参数研究。.
• 尼莫 这是一个基于边界元法（BEM）的三维势流面板代码。该代码特别适用于复杂的几何形状、浮式海上结构以及那些不能忽略三维效应的情况。.

这两个工具在科学界和工程实践界都已得到认可，并受益于全球研究机构的积极发展。.

无缝集成到船舶阻力分析

我们方法的一个主要优点是：海况计算所需的输入是 与我们船舶阻力分析的输入完全兼容. 这意味着几何图形数据和船舶参数一旦被处理好，就可以直接用于这两种类型的分析。这大大减少了工作量，并确保在整个设计过程中拥有一个一致的数据基础。.

结论：专业的船舶运动计算，打造更安全、更高效的船舶

精确的海况分析对于现代船舶设计至关重要。通过势流代码、基于RAO的运动分析以及PDStrip和NEMOH等强大的开源工具，可以在设计早期就对船舶的海洋行为做出有根据的陈述。与阻力分析的紧密结合使我们的工作流程特别高效。.

您对项目中的海况计算有问题吗？ 联系我们 – 我们很乐意为您提供咨询。.

高速滑行艇的VOF模拟：挑战与解决方案

高速水翼船（特别是滑行艇和滑行游艇）的计算流体动力学（CFD）模拟，即使对经验丰富的工程公司来说，也带来了巨大的挑战。特别是广泛使用的流体体积（VOF）方法，在高的弗劳德数和滑行速度下存在特有的数值弱点，如果没有有针对性的对策，会导致模拟结果不可靠甚至不可用。.

我们开发了专门的方法来克服这些挑战——并在短时间内以具有竞争力的成本提供高速滑行艇的可靠 VOF 模拟结果。.

什么是VOF方法，以及为什么使用它？

流体体积（VOF）方法是船舶模拟中最常用的多相流模拟方法之一。它通过跟踪每个计算网格单元中的体积份额来模拟水和空气之间的界面。对于研究波浪生成、船舶的水线稳性、阻力以及船舶的动态吃水，VOF 方法是现代船舶计算流体动力学（CFD）的标准工具。.

高速滑行艇（滑行艇）中典型的数值问题

在从推移区过渡到滑行区时——从弗劳德数大于 0.5 开始——VOF 方法会出现一些典型问题：

• 水面上的数值耗散，扭曲了波浪结构
• 强压力梯度在船体底部和喷溅线处引起的失稳
• 大动态迎角下的收敛问题
• 需要过细的网格来正确解析喷雾形成和波谷
• 界面区域中通过库朗条件的步长限制
• 高速下海浪模型与船体运动之间的耦合问题

这些问题影响了开源求解器（如 OpenFOAM）和商业软件包（如 STAR-CCM+ 和 FINE/Marine）。.

我们实现可靠 CFD 结果的方法

基于在赛艇、高速渡轮、军用巡逻艇和运动摩托艇方面多年的丰富项目经验，我们开发了一个经过验证的方法论框架：

• 自由表面区域的自适应网格策略（自适应细化，重叠网格）
• 鲁棒的时间步长控制与隐式 VOF 流传格式
• 特殊校准的湍流模型（k-ω SST，改进的壁面处理）用于滑动条件
• 进水、波浪吸收和船体动态运动的有效边界条件
• 高效并行化以将计算时间缩短至实际可行的周转时间

我们可以计算什么

我们为高速船舶进行的可压缩流体动力学 (VOF) 模拟通常包括以下尺寸和问题：

• 总阻力及其分量 (摩擦阻力、压差阻力、喷雾阻力)
• 动态配平角度和下沉量（船体下沉）随速度和载荷的变化
• 船体下水压力分布和喷雾区域图案
• 在初步设计优化中比较船体方案
• 船舶的耐波性（Seakeeping）和遭遇海浪时的加速度
• 螺旋桨-船体相互作用和尾流中的波剖面

应用领域

我们在滑跑艇CFD方面的专业知识对于RIB艇、高速艇（近海巡逻艇）、赛艇、水上飞机浮筒以及滑跑艇式运动和休闲船的开发商和运营商来说是相关的。.

常见问题解答

一次典型的滑行艇CFD模拟需要多长时间？

根据船体复杂性和要求的精度，典型计算时间在现代高性能计算系统上需要几个小时到几天不等。通过我们优化的网格和求解器设置，与标准工作流程相比，我们显着缩短了出结果的时间。.

VOF也可用于船体优化吗？

是的。VOF 仿真非常适用于参数研究，通过这种研究可以系统地比较多个船体变体。即使绝对的阻力值需要验证数据，但设计的相对排名通常非常可靠。.

使用什么软件？

我们完全依赖 OpenFOAM——一个在海事研究和行业中广泛使用的强大开源 CFD 求解器。这使我们能够完全掌控网格、求解器设置和后处理，而无需承担可能转嫁给客户的许可费用。.

使用开源CFD计算船舶阻力：InsightCAE框架

船舶的流体动力学优化是现代造船业的核心挑战之一。较低的船体阻力可以减少燃料消耗、降低二氧化碳排放并提高整个运营的经济性。同时，精确计算船体阻力传统上需要深厚的计算流体动力学（CFD）专业知识以及昂贵的商业软件许可。.

借助我们的 InsightCAE 框架，我们提供全自动化的船舶阻力计算，完全采用开源 CFD 软件。这不仅消除了软件许可费用，而且由于自动化，即使专业知识较少的用户也能独立进行相当复杂的 CFD 分析。.

船舶阻力计算

船舶阻力——也称为流体动力阻力或船体阻力——描述了阻碍船舶前进的力的总和。它由几个组成部分构成：粘性摩擦阻力、压差阻力和由波浪引起的阻力（波浪阻力）。为了进行实际的模拟，必须考虑自由表面效应、纵倾角和下沉行为——这些任务可以通过现代 CFD 方法可靠地解决。.

船舶建造中的CFD模拟：开源软件而非专有软件

在船舶工程的流体模拟中，通常采用雷诺平均纳维-斯托克斯方程 (RANS)，并结合合适的湍流模型，例如 k-ω SST。InsightCAE 框架利用了久经考验的开源工具，例如 OpenFOAM，这是世界上最强大的免费 CFD 软件包之一。消除了商业许可费用——而 STAR-CCM+ 或 ANSYS Fluent 等程序通常每年需要五到六位数的费用——使得高质量的船舶水动力学模拟对于小型工程公司、船厂和研究机构来说也具有经济可行性。.

全自动工作流程：从几何到结果

InsightCAE框架的决定性优势在于其端到端的自动化：

• 几何处理基于标准化输入格式的船体几何体自动预处理和网格划分
• 边界条件与物理模型速度、浅水深度、载货状态和环境条件的自动配置
• 求解器控制CFD 仿真的全自动启动、监控和收敛性检查
• 评估与报告自动化提取阻力组件以及创建有意义的报告

此工作流程能够高效且可重复地执行系列参数研究——例如用于优化船体形状、球鼻艏或船尾几何形状的研究。.

InsightCAE 框架适合谁？

• 船舶工程师和设计公司, ，希望将CFD分析集成到早期设计阶段
• 船厂, ，希望在没有高昂许可费用的情况下建立内部模拟能力
• 研究与教学, ，在开放源代码、可访问性和方法透明度尤为重要的领域
• 运营商和船运公司, ，则会分析现有船舶的效率或评估改装

结论

开源 CFD、智能自动化和低门槛的结合，使 InsightCAE 框架成为船舶水动力学数值计算的未来解决方案。高质量的船舶阻力计算不再是少数专家的领域——它成为所有致力于使船舶更高效、更经济、更可持续的用户的易于使用的工具。.