Fine Marine | 船舶CFD计算软件

        船舶设计师和工程师需要得心应手的工具来帮助他们更好地完成工作。为满足这种需求，Cadence 推出了 Cadence Fine Marine Solver，这是一款 CFD 软件，用于进行虚拟拖曳水池实验，从而取代实际实验设施或数值海上试验。软件内置了各种先进的自动化功能，运行速度快，易于使用，可帮助设计师直接利用实船数据设计船舶。

       Fine Marine 具有强大的自定义图形用户界面 (GUI)，提供了集成的船舶专用功能，用于针对各种船舶、船只、游艇（包括各种船舶附属物）进行单流体和多流体仿真。

       得益于 C-Wizard 工具，用户能够以完全自动化的方式，针对不同的速度、角度、海况乃至几何形状来设置计算矩阵。

船舶仿真和海洋工程设计

       Fine Marine 凝结了数十年来的求解器开发经验，是我们与业界顶级船舶设计师通力合作的成果。它专门面向船舶工程师，提供高度自动化且易于使用的完整 CFD 工作流程，可用于设计和优化各类船只。

自由表面流动

       Fine Marine 可用作虚拟拖曳水池实验和虚拟风洞实验。在开发这款工具时，我们重点关注了涉及自由表面的流动。这需要有效的模拟水和空气之间的自由液面，需要正确的湍流模拟和高效的网格自适应技术。

达到 EEDI/EEXI 目标

       要达到国际海事组织 (IMO) 设定的能效目标，CFD 仿真是其中的关键。能效设计指数 (EEDI) 旨在规范新造船只的排放，而能效指数 (EEXI) 旨在衡量所有船只的碳排放，从 A 到 E 进行评级。Fine Marine 为计算和实现船只能效优化提供了高效的解决方案。在进行海上试验或对船只进行改造之前，可以利用 Fine Marine 评估船只性能，探索一系列设计选项，从而提升效率，并评估潜在的成本影响。

自适应网格划分

       Fine Marine 为运动物体提供多种网格策略：加权网格变形（船只纵倾和下沉）、滑移网格（桨叶旋转）以及嵌套网格（复杂运动、船舶附体）。自适应网格细化可在计算过程中细化自由表面，而且可以在一个网格中计算不同的运行条件。

自动执行所有船舶流体仿真

       C-Wizard 工具支持流程自动化，大大缩短了整个 CFD 仿真设置所需的工程时间。它可以使用界面上的各种脚本编写工具，自动设置不同的应用，例如：

• 高低弗劳德数时的阻力

• 适航性

• （自）推进

• 滑行船体

• 速度预测程序 (VPP)

• 纵倾优化

      C-Wizard 适用于各种船只：油轮、集装箱船、高速船只、帆船或豪华游艇，甚至是水翼船和开放水域螺旋桨。无需花时间设置数值参数，只需指定物理输入，用户即可收到所需仿真的完整定义，其中也涵盖数值方面。

得益于 Fine Marine 的 Rhino 插件，可以轻松地将 CAD 模型从 Rhinoceros 界面直接导出到 C-Wizard 或我们的网格划分环境。

主要功能

• 高度精确的自由表面捕获
• 船舶专用六自由度 (6DOF)运动定律
• 适用于各种船只和水翼船的准静态方法
• 子循环加速
• 自适应网格细化
• 滑移网格界面
• 重叠网格
• 气蚀建模
• 系泊和拖船线
• 用户定义的动态库（力和运动）

主要应用

专门面向船舶应用的 CFD 软件

       Fine Marine 凝结了多年来的行业经验，提供易于使用、逐步分解的流程，让用户能够轻松进行阻力、推进力、适航性、操纵和风力研究。针对不同的速度、角度、海况乃至几何形状来设置计算矩阵，整个过程完全实现了自动化。以 3D 形式可靠地评估实船性能，无需从缩小的船模中进行推断。

阻力

       在 Fine Marine 中，阻力计算是一项标准功能，并可通过 C-Wizard 进行自动设置。得益于 Cadence 的收敛加速器，以及压力求解器的子循环、准静态和多重网格等各种方法，RANS 求解器将阻力计算速度提高了 5 倍之多。

推进力

       C-Wizard 有一个专用模块，用于对螺旋桨及其与船体和附体的相互作用进行建模，在适当的边界条件下，该模块可以自动完整实现网格划分和求解器设置。

大量的验证经验表明，以下几点非常重要：

• 通过执行器磁盘快速准确地了解全局趋势
• 利用滑动网格方法进行详尽的推进力分析
• 湍流建模：从标准 K-W 模型到高级 DES 模型
• 通风和气蚀建模

适航性

       要对规则、不规则或用户自定义的波浪进行建模，尤其是波幅高的巨浪，一般的网格变形算法通常会力不从心。Fine Marine 在许多配置上经过了测试，并且支持基本模块，例如：

• 波浪初始化
• 良好的波浪衰减策略
• 自适应网格细化
• 嵌套能力

       波浪可以从边界生成，也可以使用内部波浪发生器生成。我们开发的算法可以捕获波浪撤离水域时的衰减，从而取代了数值反映方法。

操纵

利用操纵应用专用的方法轻松模拟船模和实船的复杂运动，例如：

• 之字形
• 转圈
• 适航
• 纯粹摇摆

船舶风力研究

       借助 Fine Marine 的风力研究功能，船舶设计师可以用 CFD 仿真代替传统的风洞实验。为了最大程度提高乘船舒适度，风力研究已经成为船舶工程师的首要工作之一。

优化船舶设计，实现巅峰性能

       通过 Fine Optimization 推动设计极限，达到性能巅峰。无论是轮船、游轮、集装箱船，还是高速船只和帆船游艇，都可以通过优化来实现各种目标，从节省燃油，到在分秒必争的帆船比赛上夺冠：

• 减少船舶在平静海面或海浪中的阻力
• 降低动态纵倾角幅度以提高乘客舒适度
• 提高螺旋桨效率以减少所需的电力
• 优化水翼设计，以达到最大航行速度

      在本案例研究中，船体形状设计优化每年为渡轮公司节省了 33.7 万美元，并且燃油消耗降低了 13％。