本發(fā)明屬于電數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)處理領(lǐng)域，具體涉及一種基于modelica的fpso航行海況建模方法。

背景技術(shù)：

1、fpso（浮式生產(chǎn)儲油卸油裝置）是海上油氣開采過程中廣泛應(yīng)用的關(guān)鍵設(shè)備。作為一種集油氣處理、儲存和輸送為一體的浮式平臺，fpso在惡劣的海洋環(huán)境下運行，受到風(fēng)、浪等外界環(huán)境的顯著影響。因此，準(zhǔn)確分析fpso在航行及作業(yè)過程中所承受的阻力，對于其設(shè)計、操作與維護(hù)具有重要的指導(dǎo)意義。

2、modelica語言從原理上統(tǒng)一了各種多領(lǐng)域統(tǒng)一建模機(jī)制，直接支持基于框圖的建模、面向?qū)ο蠛兔嫦蚪M件的建模，通過基于端口與連接的廣義基爾霍夫網(wǎng)絡(luò)機(jī)制使其能夠同時描述機(jī)械、液壓和控制系統(tǒng)，為阻力及海況環(huán)境系統(tǒng)的多領(lǐng)域耦合建模提供了理想的平臺。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明提供了一種基于modelica的fpso航行海況建模方法，該方法的使用可以有效應(yīng)對復(fù)雜的海洋環(huán)境，在fpso設(shè)計中應(yīng)用modelica語言的動力學(xué)仿真工具。能夠?qū)ψ院絝pso在各種海況下的阻力變化進(jìn)行精確建模與分析，考慮風(fēng)速、浪高、溫度、鹽度等多種變量，模擬其航行及作業(yè)過程中的動力學(xué)行為。

2、為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案：一種基于modelica的fpso航行海況建模方法，其特征在于：所述建模方法包括采用modelica語言分別對自航阻力模型和海況環(huán)境模型進(jìn)行建模；所述自航阻力模型建模后得到船體阻力；所述海況環(huán)境模型建模后得到總附加阻力；所述船體阻力與總附加阻力相加，得到fpso船舶航行的總航行阻力；所述建模方法包括如下步驟：

3、s1：進(jìn)行船舶自航阻力模型建模，得到船體阻力，其計算公式為：

4、???????（1）

5、其中，rt是船體阻力、rf是摩擦阻力、k1是船型系數(shù)、rapp是附件阻力、rw是波浪阻力、rb是附體阻力、rtr是流體阻力、ra是額外阻力；

6、s2：進(jìn)行海況環(huán)境模型建模，得到總附加阻力，其計算公式為：

7、???????????????????????????（2）

8、其中，為總附加阻力、為風(fēng)阻力、為波浪附加阻力、為額外的海況阻力；

9、s3：將步驟s1中得到的船體阻力和步驟s2中的得到的總附加阻力相加，得到fpso船舶航行的總航行阻力。

10、優(yōu)選的，所述步驟s1中摩擦阻力rf的計算公式為：

11、????????????????????????（3）

12、其中，v為船速、ρ為海水密度、cf為摩擦阻力系數(shù)、swt為船體濕表面積。

13、優(yōu)選的，所述步驟s1中附件阻力rapp的計算公式為：

14、????（4）

15、其中，v為船速、ρ為海水密度、sk2為外部附件的濕表面積、cf為摩擦阻力系數(shù)、nbt為船艏側(cè)推器的數(shù)量、d為側(cè)推器直徑、cbot為側(cè)推器阻力系數(shù)。

16、優(yōu)選的，所述步驟s1中波浪阻力rw的計算公式為：

17、??（5）

18、其中，c1、c2、c5為與船體特征相關(guān)的修正系數(shù),?c1為波浪阻力系數(shù)、c2為波浪方向系數(shù)、c5為船舶速度系數(shù)、vol是排水體積、ρ為海水密度、m1為控制波浪阻力的指數(shù)衰減部分、m2為調(diào)整波浪阻力中的波動項、fn為船體的弗勞德數(shù)、g為重力加速度、λ為波長。

19、優(yōu)選的，所述步驟s1中附體阻力rb的計算公式為：

20、?????????????????????????????????（6）

21、其中，pb為附體相關(guān)的阻力系數(shù)、fn為船體的弗勞德數(shù)、g為重力加速度、ρ為海水密度、ab為附體的濕表面積。

22、優(yōu)選的，所述步驟s1中流體阻力rtr的計算公式為：

23、????????????????????????????????（7）

24、其中，ρ為海水密度、v為船速、atr為拖曳物表面積、c6為拖曳阻力系數(shù)。

25、優(yōu)選的，所述步驟s1中額外阻力ra的計算公式為：

26、?????????????????????????????????（8）

27、其中，ρ為海水密度、v為船速、sw為迎風(fēng)面積、為空氣阻力系數(shù)。

28、優(yōu)選的，所述步驟s2中風(fēng)阻力的計算公式為：

29、（9）

30、?????????????????????????????????????（10）

31、???????????????????????????????????????????（11）

32、????????????????????????????????????????????（12）

33、?????????????????????????????????????????（13）

34、?????????????????????????????????????????????（14）

35、其中，v為船速、為風(fēng)速、β為風(fēng)的相對角度、為相對風(fēng)速、為相對風(fēng)向角、cdl為風(fēng)阻系數(shù)、sw為迎風(fēng)面積、為相對于迎風(fēng)面積sw的逆風(fēng)阻力系數(shù)、為船舶側(cè)面迎風(fēng)面積、為空氣密度、為船體形狀系數(shù)、為橫梁風(fēng)阻系數(shù)。

36、優(yōu)選的，所述步驟s2中波浪附加阻力的計算公式為：

37、????????????????????????????（15）

38、其中，ρ為海水密度、g為重力加速度、h為有效波高、b為船體寬度、為船體水線長度。

39、優(yōu)選的，所述步驟s2中額外的海況阻力的計算公式為：

40、????（16）

41、?????????????????????????????????????（17）

42、??????????????????（18）

43、????????????????????????????????????????（19）

44、??????????????????????????????????????（20）

45、????????????????????????????????????????????????（21）

46、???????????????????????????????????????????????（22）

47、其中，為基于標(biāo)準(zhǔn)海水密度和粘度的總阻力、ρ為海水密度、為標(biāo)準(zhǔn)海水密度、為摩擦阻力項、為標(biāo)準(zhǔn)摩擦系數(shù)、為當(dāng)前海況下的摩擦系數(shù)、swt為船體濕表面積、v為船速、為當(dāng)前條件下的雷諾數(shù)、為標(biāo)準(zhǔn)條件下的雷諾數(shù)、v為海水的運動粘度、為標(biāo)準(zhǔn)條件下的運動粘度、為船體水線長度。

48、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是：

49、1.采用modelica語言進(jìn)行建模，能夠?qū)崿F(xiàn)對fpso系統(tǒng)在不同領(lǐng)域海洋環(huán)境和航行阻力的統(tǒng)一建模與仿真。modelica語言的非因果性特點使得模型之間的耦合更加靈活，提高了模型的可重用性和可重構(gòu)性；

50、2.通過fpso模型仿真，工程師可以在設(shè)計階段優(yōu)化fpso的船體形狀和結(jié)構(gòu)配置，減小阻力并提高能效。此外，仿真模型還能用于fpso的運行管理，幫助預(yù)測和分析極端海況下的運行性能，從而保證系統(tǒng)的長期安全性和經(jīng)濟(jì)性；

51、3.本發(fā)明通過引入航行阻力模型和海況環(huán)境模型，詳細(xì)描述了船舶在復(fù)雜海況條件下的航行阻力變化。模型通過輸入船體的幾何參數(shù)（如船長、吃水深度、船寬等）和海況環(huán)境參數(shù)（如風(fēng)速、波高、波浪周期等），實時輸出船體的總阻力、航速、加速度等性能參數(shù)，進(jìn)而幫助優(yōu)化船舶的運行效率；