团 体 标 准
T/CSNAME 161—2025
基于计算流体力学的船舶航速预报与验证
Ship speed forecasting and verification based on computational fluid dynamics
2025 - 11 - 26 发布 2026 - 02 - 26 实施
中国造船工程学会 发 布
前 言
本文件按照GB/T 1.1—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。
基于计算流体力学的船舶航速预报与验证
1 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(Attained EEDI/EEXI)计算中参考航速的获取。其他情况的航速计算与验证也可参考使用。
2 规范性引用文件
下列文件中的内容通过文中的规范性引用而构成本文件必不可少的条款。其中，注日期的引用文件，仅该日期对应的版本适用于本文件;不注日期的引用文件，其最新版本(包括所有的修改单)适用于本文件。
GB/T 30007-2022 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ITTC 7.5-02-02-01 阻力测试(Resistance test)
ITTC 7.5-03-01-02 CFD中的不确定性分析，RANS准则指南(Uncertainty Analysis in CFD,
Guidelines for RANS Code)
ITTC 7.5-03-01-04 CFD验证 CFD Verification
ITTC 7.5-03-02-03 船舶CFD应用的实用指南 Practical Guidelines for Ship CFD Applications ITTC 7.5-03-02-04 船舶阻力CFD的实用指南 Practical Guidelines for Ship Resistance CFD
ITTC 7.5-03-03-01 船舶自推进CFD 的实用指南 Practical Guidelines for Ship Self- Propulsion CFD
ITTC 7.5-02-03-01.4 1978 ITTC单桨船性能预报方法 1978 ITTC Performance Prediction Method
3 术语和定义
下列术语和定义适用于本文件。
3. 1
同形船舶 set of comparable ships
除增加的船体特征(如鳍板)外，船型(以型线表示，例如型线侧视图和型线横剖图等)和主要细节与母型船舶相同的船舶。
3. 2
相似船舶 similar ship
船型相同，轴/螺旋桨数量相同，垂线间长、方形系数、最大夏季载重线吃水时的排水量相差5%(含)以内，具有相似的船首形状(如球鼻首，集成球鼻首，直线型船首等)和相似的船尾形状及附体布置的船舶。
3. 3
校准系数 calibration factor
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。
4 航速预报
4. 1 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。
图1 航速预报流程
4. 2 数值建模
数值建模的要求如表1所示。
表1 数值建模要求
4. 3 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。
4.4 螺旋桨敞水性能计算
4.4.1 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/验证进速系数的范围，应涵盖
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。
4.4.2 对于采用 MAU 型桨、B 型桨等图谱系列螺旋桨，螺旋桨敞水特性曲线可采用基于回归图谱的计算结果。
4.4.3 对于螺旋桨敞水性能进行计算，可接受基于边界元方法的势流计算程序，但是势流计算程序的有效性应得到充分验证。
4. 5 自航因子计算
4.5.1 激励盘模型
4.5.1.1 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(船艉有节能附体或其他复杂结构物以及有明显预旋的船舶除外)。
4.5.1.2 激励盘模型应能够考虑螺旋桨推力和扭矩变化关系，推力扭矩变化关系应基于螺旋桨敞水特性曲线或者基于面元法实时计算得到。
4.5.1.3 激励盘应采用局部速度场为螺旋桨盘面的进速，应考虑螺旋桨进速的动态变化，激励盘面厚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。
4.5.2 强制力
对于模型尺度的船桨自航计算，需在船体模型上施加强制力FD，以补充模型与实船摩擦阻力系数之间的差异。FD 可通过以下两种计算方法得到：
a) 二因次法，强制力计算公式见式(1)：
FD = pSw V 2 ·······················································
式中：
CFm——船模摩擦阻力系数，无量纲，计算方法参见ITTC 7.5-02-03-01.4;
CFs ——实船摩擦阻力系数，无量纲，计算方法参见ITTC 7.5-02-03-01.4;
ΔCF ——粗糙度修正系数，无量纲，计算方法参见ITTC 7.5-02-03-01.4;
p——海水密度，单位为千克/立方米(kg/m3);
Sw——船模的湿表面积，单位为平方米(m2);
V——航速，单位为米/秒(m/s)。
b) 三因次法，强制力计算公式见式(2)：
FD = [(1 + k)(CFm __ CFs) __ ΔCF] × pSwV 2 ·············································· (2)
式中：
1 + k——形状因子，无量纲。获取方法参见ITTC 7.5-02-02-01、ITTC 7.5-03-02-04和ITTC 7.5- 03-01-02。
4.5.3 求解方法
4.5.3.1 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。
4.5.3.2 自航点的求解可采用控制器定航速变转速进行，也可以采用定航速定转速进行插值得到。进行插值算法计算自航点，每个航速下的螺旋桨转速应不小于 3 个，自航插值点应在 3 个转速点范围之内，避免外插。具体流程可参考 ITTC 7.5-03-03-01进行。
4. 6 航速功率换算/直接计算
4.6.1 基于模型尺度的航速功率换算
4.6.1.1 阻力换算
由模型到实船的阻力换算可采用二因次方法或者三因次方法。对于模型的简化(如舭龙骨等)，应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：
a) 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 = CFm + CRm ······································································ (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：
CRs = CRm ············································································ (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 = CFs + CRs + ΔCF ·································································· (5)
b) 三因次法阻力换算的流程参考 ITTC 75-02-03-01.4 进行。
4.6.1.2 航速功率换算
模型-实船的航速功率换算流程按照ITTC 75-02-03-01.4进行。
4.6.2 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。
5 结果验证
5. 1 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对以上航速预报结果予以验证。用于比较的试航结果的获得应符合 GB/T 30007-2022 或同等标准要求。
5. 2 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)。
5. 3 对于速度-功率曲线，校准系数的核定可取 65%主机额定功率(MCR)和 100%MCR 之间(含)至少 4 个功率点(尽量均布，含 75%MCR 工况点)的比值的平均值。对于各个功率点校准系数不一致的情况，应对各个功率点采用各自校准系数分别进行修正。
6 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)
计算报告模版
A.1 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XXX(船舶名称)的母型船YYY(船舶名称)。经母型船YYY(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X(如1.02)。此报告包含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。
A.2 资格
在过去的5年中，ZZZ(公司名字)根据ITTC 7.5-03-01-02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
A.3 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
A.4 CFD 软件说明
包括使用软件的名称、版本号和一般描述等内容。
A.5 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
螺旋桨基本信息见表A.4。
表A.4 螺旋桨基本信息
A.6 CFD 建模说明
A.6.1 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
螺旋桨建模信息见表A.6。
表A.6 螺旋桨建模信息
A.6.2 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)。 A.7 数值计算的设置
A.7.1 求解方程
说明采用的流体力学控制方程。
A.7.2 模拟类型
说明模型类型是定常或非定常。
A.7.3 湍流模型
说明选择的湍流模型的类型和选取理由。
A.7.4 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。
A.7.5 边界条件
说明边界条件的选择和计算域划分。
A.7.6 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。
A.7.7 螺旋桨建模
说明螺旋桨建模情况，例如：全螺旋桨、激励盘。
A.7.8 初始条件设置
说明所用的初始条件，包含收敛标准。) A.8 后处理和结果分析
A.8.1 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。
A.8.2 计算结果
A.8.2.1 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
计算结果还包括残差收敛图、结果收敛图、浪高、压力、流场图等内容。
A.8.3 结果换算
A.8.3.1 模型-实船换算方法
说明对模型尺度计算结果换算至实船尺度计算结果的过程。
A.8.3.2 结果汇总
实船尺度下各参数的计算结果见表A.8。
表A.8 实船尺度的计算结果
A.9 数值计算方法验证评估说明说明数值计算结果的合理性。
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