波浪作用下钻井船月池内流体水动力性能研究

为了规避钻井船月池内发生共振情况带来的危险,本文采用势流理论和CFD数值模型相结合的方式,对钻井船的水动力性能和月池内流体运动进行研究。在入射波为月池共振周期的情况下,将船体有无耦合运动时月池内流体的不同运动进行比较研究,得出船体运动会增大月池内流体运动的结论。     

带月池深海钻井船摇荡运动性能分析

海上钻井作业过程要求钻井船具备良好的稳定性能,而月池内流体柱的不规则振荡以及钻井船细长的船体外形都将对船体运动性能造成不利影响,从而限制其在恶劣海域的作业适应性。文章基于三维势流理论对带月池钻井船的摇荡运动进行预报,并通过船模试验对预报结果进行有效性验证。在此基础上,提出钻井船摇荡运动衡准值,对钻井船海上作业适应性进行研究,分析月池尺度和形状对钻井船运动性能的影响。     

船体垂荡运动及环境波高对月池内流体的影响

针对环境波高和船体垂荡运动对月池内流体运动的影响,本文采用CFD与模型试验相结合的方法,以某含月池的深拖母船为研究对象,数值模拟在不同幅值规则波激励下月池内流体自由液面爬升,结果显示,波浪幅值线性增加时,月池内流体液面增加呈非线性。分析船体在波浪中的垂荡运动和船体静水中做不同频率的垂荡简谐运动时月池内流体运动,结果显示船体垂荡运动存在明显双峰特性,且在船体垂荡运动频率为月池内流体共振频率时,月池内流体液面爬升最明显。     

深海钻井船大开口阶梯形月池水体的非线性共振特性研究

为了避免月池内部水体与外界波浪共振引发的危害,本文采用数值模拟与模型试验结合的方法,在特定频率下对矩形大长宽比月池内部水体爬升进行探究.分析了船体不同自由度运动(船体静止、船体仅有垂荡运动、船体有垂荡和纵摇运动)对月池内自由液面爬升的影响.结果表明,船体具有垂荡及纵摇两个自由度时,月池边界处波浪爬升幅值远高于船体仅有垂荡自由度的情况.分别采用不同幅值的规则波进行数值模拟,结果表明波浪幅值线性增加时,月池内自由液面爬升幅值不会线性增加,而是增量下降.     

深水钻井船运动性能分析

采用数值计算与模型试验相结合的方式研究深水钻井船的运动性能。对某钻井船的垂荡、横摇和纵摇运动进行短期预报,并衡量钻井船在特定海况下的钻井作业能力;同时,针对钻井船具有较大月池开口这一特点,分析研究了月池开口对钻井船运动性能的影响。     

带月池超深水钻井船的水动力特性

基于三维势流理论,开展钻井船水动力性能数值计算,完成月池、黏性阻尼对钻井船水动力和运动性能的影响分析,研究带月池钻井船水动力和运动性能特性,以期指导钻井船及其月池的设计。     

双月池对某援潜救生船运动性能及波面升高的影响

介绍某援潜救生船配设双月池的船型特点,规划双月池和不带月池2种方案来评估双月池开口对援潜救生船船体运动性能的影响。采用三维势流理论对2个方案的运动性能进行计算,得到船体运动响应函数,对船舶运动性能进行短期预报,研究总结双月池效应对援潜救生船运动的影响规律。对比双月池内水面和舷外波面升高的情况,比较两个位置处波面升高的差异性,总结双月池波面升高对潜水钟收放的影响。     

航行状态下钻井船月池内流场特性

以某钻井船"凸"字型月池为研究对象,基于黏流理论,运用FINE MARINE软件对某钻井船的月池附加阻力及流场特性进行研究.研究发现,开敞式的月池使得钻井船航行阻力增加,最大占船舶总阻力的19.34％,月池附加剩余阻力是月池附加阻力增加的主导因素."凸"字型月池内流体的流场完整地呈现了月池内流体的漩涡运动以及对月池后壁砰击运动的全过程.在高航速下,"凸"字型月池内流体运动主要是以晃荡运动为主导的,晃荡与活塞混合的运动模式;月池内流体的周期性漩涡运动主要形成于月池中后缘,流体对月池后壁的砰击作用增大了月池受力,并随航速的增加而愈加剧烈;月池的受力谱峰频率分别为0.820Hz和1.046Hz,与月池波面变化的谱峰频率相同.通过探究月池流场运动形式和月池附加阻力机理,可对钻井船"凸"字型月池设计提供一定的借鉴和参考.     

不同月池形状对钻井船附加阻力的影响

针对钻井船月池附加阻力,开展月池形状对钻井船附加阻力性能的影响研究。通过对不同形状月池内非定常流动特性的研究和钻井船附加阻力的对比分析,探讨月池形状对附加阻力的影响。经CFD分析可知,航行中的钻井船月池内的流体阻塞效应及漩涡运动导致附加阻力增加,优化月池形状和结构可有效降低月池内的波高和漩涡强度,改善航行性能。     

波浪作用下月池开口对钻井船水动力的影响

结合模型试验与频域数值计算结果,分析月池对船体水动力性能的影响,并对模型试验与数值计算的RAO、月池敞开和封闭的RAO、运动统计结果和附加质量系数进行对比。分析结果显示:月池开口会增大横摇和垂荡运动幅值,并且减小船体的横摇固有周期;当外部激励使月池发生共振时,月池内流体产生的附加质量会发生剧烈变化。因此,月池开口对船体水动力性能会产生一定负面影响,作业时,应当避免发生共振现象。     

耗散系数修正对波浪载荷预报的影响研究

在参考模型试验结果选取适当月池自由面耗散系数的基础上,对目标船进行波浪载荷预报。选取合理的月池自由面耗散系数,以准确模拟月池围壁压力;进而准确计算月池开孔对船体梁波浪载荷的影响,形成一套数值计算与模型试验相结合的带月池船体梁波浪载荷预报方法。研究成果为船舶波浪载荷预报提供参考。     

船底月池流激振荡特性研究

本文研究了船底月池内流体固有振荡特性,给出了船底月池内流体固有振荡频率计算公式。同时开展了船底月池流激振荡试验研究,测量得到了月池口流体剪切层自持振荡的Strouhal数,根据试验结果分析得出了波浪激励下月池内流体的运动特性。在此基础上预报了实船月池的流激振荡特性。研究成果为实船月池的设计提供了理论和试验基础。     

基于CFD方法研究月池内部流体对Spar平台垂荡运动的影响

文章采用CFD方法研究了Spar平台月池内部流体对平台垂荡运动的影响.建立了二维和三维的数值水池,并获得了稳定的规则波.针对月池的不对开口率计算了Spar平台的垂荡阻尼系数,分析了月池内部流体的运动特性,并研究了开口率对平台垂荡运动的影响.研究表明,半封闭月池时Spar平台的垂荡阻尼有所增大,月池的开口率影响月池内部流体的运动以及平台垂荡运动的RAOs.在实际中,对月池开口率的优化设计可以适当地降低Spar平台的垂荡运动.     

预报船舶在波浪中航行时相对运动的一个实用模型

本文讨论了绕射波引起的船舶与自由面之间的相对运动分量。在用三维理论计算绕射效应时，自由面上仍用零航速时的条件，只是把其中的自然频率改成遭遇频率，更重要的是考虑了由此引起的船舶水线附近的流场奇异特性．数值结果表明，本文的模型计算结果稳定性与实验结果吻合很好．另外，由于模型中航速影响计及在遭遇频率中，因而本文模型对较高航速也是适用的．     

船舶多自由度斜航运动水动力数值研究

计及多自由度运动的船舶斜航水动力预报对船舶航行安全具有重要意义。文章通过耦合求解船舶运动方程和雷诺平均N-S方程,并采用VOF方法和高精度自由面捕捉技术对作多自由度斜航运动船舶的粘性绕流场进行数值模拟。船舶动态平衡位置根据计算出的力和力矩来决定,得到包括升沉、纵倾和横倾在内的船舶浮态。文中采用的算例与爱荷华大学进行的模型试验相同,通过比较数值计算结果和试验值验证了该方法的有效性。对船模在受约束和自由运动两种状态下的船舶运动和流场进行模拟,通过比较分析船舶升沉、纵倾和横倾的影响。文中计算获得的详细流场细节特征,包括前体和舭部的涡以及船体表面上的压力,有助于理解船舶斜航运动浮态变化的机理。     

CFD simulation of 3-dimensional motion of a ship in waves: application to an advancing ship in regular heading waves

A new computational fluid dynamics simulation method has been developed for the unsteady motion of a ship advancing in waves. The objective is to evaluate the added resistance and predict the performance of a ship in waves. In this study, a finite volume method, in the framework of a boundary-fitted grid system, is employed. The motion of the ship is solved with six degrees of freedom by using the hydrodynamic forces and moments obtained from the solution of the simulation method. The marker–density–function method is employed to calculate the nonlinear free surface. This method is applied to the coupled motion problem of heaving and pitching. Received for publication on Nov. 15, 1999; accepted on Nov. 18, 1999     

船舶碰撞运动的滞后特性

船舶碰撞过程中，被撞船的刚体运动较之碰撞区的局部损伤变形而言，存在一定程度的滞后效应。本文从理论分析和数值仿真两个方面对该滞后现象进行了研究。研究结果表明：被撞船的运动滞后与撞击速度有重要关系；在高速撞击时，船舶碰撞的内、外部机理计算可相对独立地进行，而不会引起明显的分析误差。