波浪动力船水翼的推进性能分析

[目的]为研究水翼的水动力性能对波浪动力船推进性能的影响,对波浪动力船做垂荡及纵摇运动时引起的水翼绕船体中心转动,以及绕其自身转动中心的被动转动进行模拟。[方法]将波浪动力船的多体动力学方程编写到流体分析软件中进行计算分析。通过软件获取推进力及转矩来求解多体动力学方程,分析静水下波浪动力船在不同波浪振幅与周期、不同扭簧恢复刚度下的推力大小。[结果]结果表明:随着振幅的增加,前、后水翼上的推力均逐渐增大;随着周期的减小,水翼上的推力逐渐增大;随着扭簧恢复刚度的增大,水翼上的推力先增大后减小;随着前水翼尾迹的变化,后水翼推力逐渐小于前水翼上的推力。[结论]研究成果可为波浪动力船的研究设计提供参考。     

单驳船沉放对沉管管段动力响应影响的物理模型试验研究

波浪作用下沉管管段和驳船的运动属于耦合运动,是极为复杂的水动力学问题。论文通过物理模型试验,研究了不规则波作用下、单驳船沉放情形下的沉管管段的动力响应问题,采用Welch方法对沉管管段动力响应进行了频谱分析,并探讨了不同波浪周期和波高情形下的沉管管段运动和缆绳张力的频谱特性。研究结果表明:与固定平台沉放情形相比,单驳船沉放情形下,不仅沉管管段低频运动周期和幅值的谱分析结果均发生改变,而且波频运动幅值的谱分析结果也发生变化。此外,还探讨了波浪条件对沉管管段运动幅值功率谱结果的影响情况,并对考虑驳船运动的沉管管段稳定性进行了研究。     

跷跷板式波浪能发电装置运动及载荷分析

为解决海洋波浪能的吸收利用问题,文章提出一种基于横摇运动的跷跷板式波浪能发电装置。建立简化数学模型,对影响装置运动响应的因素进行讨论。使用软件对装置进行水动力仿真分析,得出该装置在波浪作用下的运动响应情况及波浪载荷。计算分析不同线性阻尼系数下装置的波浪负载,根据结果计算平均功率,结果表明存在最优线性阻尼系数,合理的阻尼系数可以增大装置的发电能力。     

系泊状态下漂浮式潮流能电站水动力性能试验研究

本文以漂浮式潮流能电站系统为研究对象,针对其在系泊状态下是否搭载水轮机两种形式,对载体模型进行不同波浪参数下的运动特性试验.实验首先对载体在自由状态下的运动特性进行校核,当试验数据与理论计算数据吻合后,对载体在系泊状态下的运动响应特性进行试验研究.研究载体在不同搭载状态和不同波浪参数下的水动力响应,分析该潮流能电站载体在浪、流作用下的运动规律.     

大型沉管隧道与双体运输船连接支墩结构受力特性研究

基于三维势流理论，运用水动力分析软件WADAM，对一种沉管隧道双体运输船带有沉管隧道的浮运工况下，进行了波浪中的响应分析。并根据分析结果研究了连接支墩结构在波浪中的受力特性，分析了包括波谱形式，波浪方向，波浪周期以及水深在内的多个参数对支墩载荷的影响。计算结果对沉管隧道浮运工况的选择，连接支墩的结构设计等方面有着重要的参考意义。     

海底地形对浮体慢漂响应的影响研究

浮体在波浪中的运动经常受到海底地形的影响,文章基于势流理论,采用高阶边界元方法计算海底地形对浮体慢漂运动响应的影响,计算中充分考虑了海底地形在波浪传播中对其的绕射影响。计算结果表明,变浅的海底地形会导致波浪场的波高增加,浮体运动响应增大,分别对浮体相对海底地形不同位置时浮体受到的波浪力和运动响应进行了定性及定量的分析,分析了浮体相对海底地形不同位置时浮体的水动力特性及运动特性,说明为了更准确模拟近岸或者离岸线性约束浮体的水动力情况,海底地形的影响不能忽略。     

规则波下张力腿平台时域响应分析

讨论规则波下某张力腿平台的动力响应时域运动特性。着重分析入射波角度(15°,22.5°和45°),波高(6m,8m和10m)及波周期(10s,12s和14s)对张力腿平台各自由度运动、顶端张力的影响。探讨吃水高度、工作水深、不同张力腿数目对张力腿平台运动特性的影响。计算结果表明:由于张力腿平台各自由度对入射波角度、波高和波周期敏感度不同,张力腿平台在不同波浪参数下的运动特性(如位移幅值、平衡位置等)及顶端张力表现各异;不同吃水下的张力腿平台位移大小、平衡位置和运动方向等均不同。工作水深越大,各自由度运动越剧烈,这体现了工作环境对张力腿平台运动具有较大影响。张力腿数目越多,张力腿平台运动的位移、幅度等越小,随时间变化也越稳定。     

海洋浮标发电装置优先工况选择的动力学分析

为选择既能使海洋浮标发电装置安全工作又能使其保持最优工作效率的工作海域,参考某型海洋浮标发电装置的具体参数,结合装置工作过程,使用水动力学软件OrcaFlex建立装置工作过程中的动力学分析简化模型。分析在不同波高、不同波浪周期下海洋浮标和动子沿轴向相对定子的位移、速度及缆型装置的张力与弯矩沿缆长方向的分布及变化情况,量化装置在不同海域的工作安全性和工作效率。     

波浪中受侧壁影响的船舶航行水动力性能研究

在海洋平台附近,工作船的水动力性能会受结构物侧壁的影响而下降。基于Rankine源常值面元法,建立考虑岸壁和波浪作用的船舶水动力数值模型并在时域上求解。选取经典Wigley III船模计算各波长下的水动力和运动响应幅值,并将模拟结果与其他方法的计算结果对比,验证了数值研究方法的合理性和可靠性。通过参数的敏感性分析,揭示航速、波浪特征和侧壁对船模运动响应的影响,为船舶在复杂海域中的水动力响应实时预报服务。     

迎浪规则波中高速滑行艇运动响应数值预报与分析

为准确计算滑行艇在波浪中的水动力性能,基于粘性理论,采用随体网格技术、耦合求解运动方程,完成了滑行艇在迎浪规则波中运动响应的数值预报.对滑行艇运动响应结果采用时域和频域方法分析,给出了入射波的周期与滑行艇固有频率对滑行艇运动响应的影响分析结果,对数值计算值与模型试验值进行比较.结果表明,数值计算方法可以准确且高效预报滑行艇在波浪中高速航行时的运动姿态及水动力特性,为滑行艇设计提供指导和参考依据.     

深拖母船水动力特性研究

针对水线面大开口深拖母船水动力性能问题,以船中具有大开口的深拖母船为原型进行数值模拟,计算分析相同主尺度的有开口船型和无开口船型的水动力系数,根据各系数在不同波浪周期下的变化规律,得出水线面大开口对船体水动力性能的影响,计算并对比分析不同开口形状及开口位置条件下的船舶时域运动响应。分析结果为保障水下拖体正常收放作业以及母船开口设计提供了参考依据。     

基于AQWA的波浪观测浮标随波性能分析与优化研究

波浪观测浮标是一种现代化的海洋观测设施,随波性是反映其测量精度的一个重要参数。本文将针对两种常见外观浮标的随波性能展开水动力学研究,本文采用水动力计算模型AQWA,结合典型的Green函数法求解了浮体结构的波浪力及相关水动力系数,并应用三维势流理论,基于单自由度运动方程,在频域内研究了自由浮标在规则波下的垂荡运动响应。针对中国短周期波浪海况的特点,计算了15种不同形状、浮标重量、形状参量工况中浮标体垂荡响应RAOs。水动力学计算结果表明:在外界环境载荷相同的条件下,平底柱形浮子1-3的随波性能较其它工况中浮子为好。本文的研究方法也为海洋资料浮标的参数设计提供了良好的科学依据。     

微段时间波浪力计算法在柔性浮式防撞系统上的应用

为了研究波浪力对于柔性浮式防撞系统拦阻效能的影响,本文提出了分步处理波浪力的方法,进行了撞击过程的模拟计算研究。文中基于势流理论运用ansys_aqwa软件,求得了不同波浪入射角及不同相位下结构物的波浪力。在模拟船舶撞击系统的过程中,将计算较为复杂的波浪力,转化为运用处理不同时刻波浪入射角和相位角的问题进行连续分析计算。研究表明,微段时间波浪力计算方法可以用于柔性浮式防撞系统的运动分析,船舶撞击过程中不能忽略波浪力的影响。     

浅水中OSV锚泊定位分析研究

本文采用数值计算方法对浅水中海洋平台支持船(OSV)的锚泊定位性能开展研究.首先,基于三维频域势流理论,对一艘OSV不同水深的水动力性能开展分析,计算了水动力系数、运动幅值响应算子、一阶波浪力和二阶波浪力.由于浅水中非线性效应显著,本文采用中场公式计算了该OSV全二阶波浪力传递函数(Full Quadratic Transfer Function,简称全QTF).然后,本文对不同水深下锚泊系统的水平刚度开展了分析,计算了不同水深下锚泊系统的水平刚度,研究了水深对锚泊系统水平刚度的影响.最后,采用准动态方法对不同水深下的OSV和锚泊系统开展时域分析,研究了水深对船体运动性能和锚索张力的影响.     

复杂地形条件下浮式栈桥运动响应的频域分析

为了研究复杂地形条件下浮式栈桥的运动响应,并探讨波浪圆频率及浪向角等因素对浮式栈桥运动响应的影响。论文利用势流理论及波浪绕射/辐射理论对浮式栈桥所处流场的速度势进行了分析,并对复杂海底地形条件下浮式栈桥的运动特性进行了水池试验和数值模拟研究。基于水动力计算软件AQWA,将复杂海底地形作为一个潜体置于海底,进而考虑其与上部浮体及波浪的水动力干扰,从而建立了海底地形-浮式栈桥-波浪水动力耦合计算模型,模拟计算了浮式栈桥在复杂地形条件下的运动响应,并通过水池试验对数值计算结果进行了验证。结果表明,耦合计算模型能够较为准确地预报复杂地形条件下浮式栈桥的运动响应;复杂海底地形条件下浮式栈桥各桥节的运动响应有较显著的差异,且桥节RAOs随浪向角的变化曲线与平坦海底地形条件下的RAOs曲线有一定差异;浅水环境下海底地形对浮式栈桥运动响应和波浪传播特性的影响不能忽视。     

近岛礁浮式平台水动力及运动响应特性研究

根据某近岛礁地形实测数据,基于Solidworks软件完成海底地形和浮式平台的三维建模,建立近岛礁浮式平台三维水动力学模型;开展浮式平台的水动力计算及系泊模式下浮式平台波浪中的运动响应预报,给出了浮式平台的传递函数、系泊缆张力和运动响应;分析了入射波角度、周期及岛礁地形对浮式平台水动力、系泊缆张力分布和运动响应的影响.将数值计算结果与模型试验值进行对比,两者吻合较好,对近岛礁海上浮式结构物的设计有参考价值.     

不同锚固方式双方箱浮防波堤水动力特性的SPH模拟

应用光滑粒子流体动力学(SPH)方法,建立了模拟波浪作用下双方箱浮防波堤运动响应的数值模型,计算了其透射系数、反射系数和运动响应,数值模拟与试验结果符合较好。通过数值计算分析了双方箱浮防波堤在不同入射波周期和不同锚固方式下的水动力特性。数值计算结果表明:平行锚固和交叉锚固的双方箱浮防波堤相比,二者的透射系数相近,但交叉锚固方式的运动幅值和锚链力要略大于平行锚固方式。     

近岛礁地形影响下的浮式平台运动响应

近岛礁附近的地形一般呈现高低不平的状态,水深从几十米到几米不等。远场波浪向近岸传递过来时在礁盘上会经过复杂的演化,使得浮体附近的波浪呈现一定的非均匀性,不同于常规的长峰规则波,同时礁盘的起伏变化会对波浪中的浮体的运动产生影响,最终使得浮体在复杂地形下的水动力运动响应不同于一般均一水深下的浮体响应。该文通过建立浮体和礁盘地形的耦合水动力模型,计算了礁盘对浮体入射波力、绕射力、辐射水动力系数以及运动的影响,同时与水池模型试验对比了浮体运动,两者较为一致。研究表明复杂地形对浮体的水动力运动存在较大的影响,在某些周期附近会增大浮体的运动响应,因此需要理性考虑复杂地形对浮体的影响。     

运动抑制装置对圆筒型浮式平台运动响应的影响

针对垂荡运动性能不佳,限制圆筒形FPSO在海上油气开发大范围应用的技术瓶颈,在平台底部增加延伸筒体与阻尼结构,提升圆筒型FPSO水动力性能,降低其垂荡幅值以满足干式采油装备的要求,基于三维势流理论,建立带有运动抑制装置的圆筒形FPSO水动力分析模型,分析运动抑制系统的不同高度、宽度、截面形状和通海情况对圆筒形FPSO的水动力性能影响,对比采用不同运动抑制装置的圆筒型运动幅值响应传递函数发现,增加阻尼孔使运动抑制装置内部与外界海水相联通,可以改善圆筒型FPSO的水动力性能,适当增加阻尼结构的高度、宽度有利于增大FPSO的垂荡运动固有周期,可避开南海海域百年一遇海况的波浪周期范围,起到抑制圆筒型FPSO运动的效果。     

波浪中航行船舶水动力和运动分析的Rankine源高阶面元法研究

基于三维频域势流理论,采用计及定常绕流影响的物面和自由面条件,建立了求解波浪中航行船舶水动力和运动响应的Rankine源高阶面元法。采用九节点等参单元离散船体表面,引入Rayleigh人工阻尼项消除自由面截断处波浪的反射,并基于积分方法计算物面条件中的mj项。为了反映波浪自船头向船尾传播的特性,提高数值计算稳定性和精确性,采用二阶迎风差分格式处理自由面条件中速度势的二阶空间导数。选择不同的自由面范围和网格密度对船舶在典型工况下的水动力系数进行计算和分析,以确定达到收敛要求的离散参数取值。在此基础上,针对不同船型在不同遭遇频率下的水动力和运动响应进行数值预报,并将它们与试验及其它数值方法的结果进行对比,表明用该方法计算的结果与试验数据吻合良好。该方法与基于线性均流和常值单元离散的Rankine源法相比精度更高,对于船体外飘的船舶水动力计算要比移动脉动源法更为稳定。