大型舰船作为海洋防务的主要力量，其温度场研究一直是军事领域的重要课题，并且舰船是一个复杂的结构体，所处的热环境是多区域、多层次耦合作用的结果，太阳辐射是最主要的热源传输。本文以太阳辐射下舰船热特性为对象，基于多物理场耦合应用数字孪生技术，实现了对舰船物理模型、相关参数数据、研究方法等的集成化处理，探究了外部环境及舰船自身物理性质改变对舰船表面温度场的影响，得出了不同工况下舰船结构的温度分布及日照时间内的温度变化，所得结论为大型舰船的结构设计提供了理论基础和科学依据。本文具体的研究内容和结果如下：
(1)分析了太阳辐射下舰船热量传输的主要过程，给出了数值计算模型，建立了舰船多物理场仿真模型。明确了舰船模型与外界环境进行热交换的边界条件，基于多物理场进行了相关参数的设置，重点考虑了不同波段下太阳辐射的吸收率、发射率，流体流经舰船边界的对流换热系数、太阳高度角与方位角以及环境温度。将舰船多物理场仿真模型的仿真结果与其他学者的仿真计算结果进行了对比，验证了模型的可靠性，并对舰船模型的网格进行了无关性验证，确定了满足计算效率和模型准确性的舰船各结构的网格数。
(2)应用数字孪生技术进行仿真服务APP的开发。从数字孪生技术的内涵出发，探讨了建立数字孪生舰船服务APP所需的关键技术，并结合仿真需要选取了开发工具。基于有限元的分析计算通过图形化的集成开发环境做出了对物理模型的二次开发。针对需求做出了功能分析并最终开发了APP主界面下的主要功能模块，可以进行数据参数的输入、几何模型的导入与修改以及结果云图和数据的导出。
(3)基于所开发的数字孪生服务APP，分析了时刻、季节、纬度、航速、朝向、模型厚度等工况的改变对舰船热特性的影响。研究发现：舰船表面的温度主要变化来源于太阳直接辐射，舰船温度场会随着外部环境温度的变化而发生改变；太阳方位角和太阳高度角是影响一天内舰船温度变化的主要原因，太阳方位角会影响到一天内不同时刻舰船接受太阳辐射的区域，太阳高度角的变化会直接影响到环境温度的变化，进而影响外界与舰船表面的热交换；航速会直接影响到船体外部的对流换热，并且航速越高，外界对流会对船体起到冷却的作用；对于不同模型厚度来讲，厚度增加会降低舰船结构之间的导热。
谷歌
火狐
