横浪中液舱晃荡与养殖工船耦合运动

多液舱养殖工船需长时间系泊在深远海区域,载液率极高,所处海况复杂,对其开展耐波性研究尤为重要.基于黏性流理论,以Stokes 5阶波模拟实际规则波,借助VOF方法捕捉自由液面,采用重叠网格技术实现船体的自由运动,通过数值计算研究实尺度下液舱对不同频率横浪中工船运动响应的影响.计算结果表明,液舱晃荡对船体运动的影响随海况变化,当船体横摇运动2阶频率与液舱固有频率相近时会产生共振,液舱晃荡周期随之改变,从而使船体的横摇运动幅度增大近30％.此外,当船体两侧都布置液舱时,横浪中迎浪侧的液舱晃荡较背浪侧更为剧烈,其垂向受力幅值变化范围约为后者的3倍.     

多液舱晃荡与养殖工船时域耦合运动的数值模拟

[目的]为研究多液舱养殖工船在横向波浪激励下,其液舱晃荡与船体运动的时域耦合问题,对其进行数值模拟。[方法]采用脉冲响应函数法预报船体运动,基于CFD理论模拟计算液舱晃荡问题,并讨论壁面剪切力对液舱晃荡的影响。为验证数值方法的可靠性,进行载液工船模型横摇自由衰减试验,并将试验结果与数值结果进行对比。同时,在此基础上,提出多液舱模型的二维简化方法。[结果]计算结果表明:在横向波浪激励下,波浪频率为0.5 rad/s时,液舱晃荡使养殖工船横摇幅值响应算子峰值增大了43%。液舱晃荡可能会给载液船舶的安全性带来风险,应该在设计阶段充分考虑。[结论]研究成果可为多液舱船的优化设计提供参考。     

液舱晃荡对船舶横摇运动影响的数值研究

为了研究加载液舱在船舶航行时舱内液体晃荡对船体横摇运动的影响,对船体外流场(波浪场)与液舱内流场(液体非线性晃荡)分别采用势流理论方法计算,建立了在波浪中船体与液舱流体晃荡耦合的时域运动方程。其中波浪中船体水动力和时延函数采用三维频域法和脉冲响应函数法计算获得,舱内液体非线性晃荡采用时域边界元法计算。对横浪中加载了方形液舱的15000GT集装箱船在不同液舱装载深度工况下,就液舱流体晃荡及其与船体运动耦合分别进行了计算模拟与验证。研究表明,耦合运动模拟结果能清晰地反映液舱晃荡对船体横摇运动的影响,数值结果与试验吻合良好,并具有较高的计算效率。     

规则波作用下养殖工船的运动响应特性

采用模型试验和计算流体力学（CFD）方法对一艘新型深远海养殖工船在规则波下的运动响应特性进行研究。针对载液率为81.5%的满载工况，将养殖水体替换为固体，探究自由液面对运动响应的影响；考虑载液率为81.5%和47.4%的2种载液状态，分析载液率对运动响应的影响。结果显示：数值计算结果与模型试验结果吻合良好；自由液面效应和较高的载液率均增大了横摇运动固有周期，减小了横摇运动响应幅值算子（RAO）峰值；自由液面效应和载液率对养殖工船的纵摇运动影响不大。     

基于破损舱室晃荡进水的量化试验研究

针对静水中破损舱室贯通类破口进水液舱晃荡问题，基于自主设计研制的受迫横摇运动破损舱室进水试验装置，在强制横摇工况与全约束典型工况下，研究船舶破损后舷外与舱内贯通时大量的水侵入舱室、液舱晃荡受舷外波浪激励引起非线性失稳现象，并结合对填补破口后的完整舱室进行共振与非共振的试验进行对比分析。试验结果表明：在破口形成10 s后船舱内部进水的运动状态趋于稳定，此时若将破口填堵会使船体内部的积水运动更为剧烈，影响船体稳性。试验得到了船体受损后合理的补救时间点，并使用量化试验窄带域对强制横摇工况下破舱进水试验进行了处理，得到了可信的试验区间，为后续针对破损船的研究提供了有力支撑。     

多液舱晃荡与船体运动耦合数值研究

针对多液舱养殖工船耐波性数值研究计算量过大的问题，建立了一套耦合数值求解系统。使用脉冲响应函数法求解船体运动方程，基于计算流体力学方法数值模拟液舱晃荡，在时域上离散求解两者的耦合方程。讨论了CFD软件FLUENT的用户自定义函数的编制，验证了横摇回转中心位于重心所在轴线的假设的合理性。为验证计算方法的有效性，在循环水槽中进行了不同载液率下的横摇自由衰减试验。对比数值模拟结果与试验结果，计算的横摇角时历与试验值吻合良好，验证了该方法的有效性，为高效数值研究养殖工船耐波性打下了基础。     

养殖工船液舱晃荡的制荡措施研究

针对目前国内养殖工船的改造问题,结合鱼类对流速的需求,使用CFD软件对养殖工船的液舱晃荡进行了数值模拟,分析了各种制荡方式下液舱内的流速大小。结果表明,液舱宽度在4~8m范围内,越大晃荡越剧烈;液舱上部做成收口形式,有一定的制荡效果,但在外部激励接近自振频率的工况下,流速仍不能达到养殖需求;在顶部加制荡隔板的措施,制荡效果明显,可以满足需求。     

破损单体复合船运动与载荷预报方法研究

论文主要探讨了单体复合船型破损后的浮态稳性变化、破损舱室液舱晃荡效应等因素对破损后单体复合船型运动和波浪载荷的影响。采用面元法求解液舱晃荡运动的附加质量,分析液舱内流体晃荡运动的共振现象以及流体粘性阻尼系数对液舱晃荡载荷的影响;推导了破损后非正浮状态下船体质量力和静水恢复力公式,使用三维势流理论求解发生的船体运动和破损舱室内液舱晃荡运动的流体载荷,建立破损后船舶运动方程并求解,研究破损后浮态、稳性以及液舱晃荡效应对六自由度运动和波浪载荷的影响。研究表明,破损后浮态、稳性、液舱晃荡等对单体复合船运动及波浪载荷均会产生影响。     

Investigation of Sloshing and its Effects on Global Responses of a Large LNG Carrier by Experimental Method

液舱中液体晃荡不仅对液舱结构产生内载荷作用,同时也通过与船体运动的耦合对LNG船的波浪载荷产生影响.文章通过某大型LNG船自航模型在波浪中的带液舱运动和波浪载荷试验,研究液舱中液体晃荡特性及其对总体波浪载荷的影响.同时对液舱有水(30%H)状态下的液舱中液体运动周期进行了试验研究,结果发现:在相同排水量和重量分布下,液舱中液体的存在对船体梁垂向振动频率和船体横摇周期都有影响;液舱中液体的运动周期不仅与液舱本身的形状和液面高度有关,还与船模航行时遭遇的浪向以及航速有关;虽然船舶浪向和航速是液舱内液体晃荡对总体波浪载荷产生影响的敏感参数,但总体影响不显著.     

菱形独立液舱晃荡载荷分析及强度评估研究

液化气船菱形独立液舱的设计要求为无装载高度限制,因此菱形独立液舱的结构设计必须重视最为危险的部分装载的工况,并考虑各种载荷。当船体在波浪中运动的频率与液舱内液体振动的固有频率相近时,舱内液体会发生剧烈的运动,此时液体晃荡对液舱结构产生的冲击载荷,在结构设计初期必须予以足够的考虑。以超大型液化气船的一个菱形独立液舱为研究对象,在对船舶固有运动周期和舱内液体的晃荡频率进行评估的基础上,运用二维有限差分法对不同液位高度下菱形独立液舱内部的晃荡载荷进行了研究和计算,获得了舱内液体的运动状态,速度及压力分布,并以此为基础,对菱形独立液舱的结构强度进行了评估,确保了全冷式液化气船菱形独立液舱结构设计的可靠性。     

养殖水舱横摇适鱼性数值分析

养殖水舱作为大型养殖工船鱼类生活繁殖的主要场所,其横摇晃荡对鱼类有重要影响。以全流域适鱼流速作为核心评估指标,通过数值仿真分析,从外部激励、制荡措施、舱室型式等方面对养殖水舱横摇激励下的适鱼性影响情况进行了研究。围绕上述内容,重点探讨了不同参数组合下的流场结构及其抑流和减晃作用机理,并给出了能够指导实践的相关结论。     

基于OpenFOAM的船舶与液舱流体晃荡在波浪中时域耦合运动的数值模拟

波浪中载液船舶运动激励舱内液体的晃荡,舱内液体晃荡产生的冲击力同时作用在舱壁上,进而影响船舶的运动姿态。波浪中船体水动力和时延函数是在势流理论范畴下采用切片法和脉冲响应函数方法计算获得的,液舱内液体非线性晃荡是基于粘性流理论实时计算模拟,两者耦合建立了波浪中载液船舶与液舱流体晃荡耦合的运动方程。论文基于开源CFD开发平台OpenFOAM,自主开发实现了船体运动与液舱晃荡的耦合计算程序,并进行了相应的数值模拟计算和验证工作。该方法完整地考虑了波浪、船体和液舱晃荡之间的耦合作用,并结合船体内外流场特点分别采用了势流和粘性流理论,具有较高的计算效率。通过数值模拟计算和模型实验研究表明,数值模拟计算能够清晰显现出液舱晃荡对船体全局运动影响,船体运动计算结果与模型实验结果吻合良好。     

水翼涡激振动的数值模拟研究

对二维水翼结构进行流固耦合运动分析,利用大涡模拟方法计算高雷诺数下水翼绕流场,流场力作用于二自由度刚体上导致周期性的垂荡和转动,龙格库塔法求解刚体水翼的运动方程,位移参数作为下一时间步流场计算的边界条件,具体通过编译自定义函数控制刚体运动和流场网格变化。探讨了初始攻角、刚心位置以及来流速度对水翼振动的影响,发现在来流速度增大至某一数值时水翼发生了颤振现象,并在时域与频域上对颤振的发生机理进行深入探讨。     

Nonlinear hydrodynamic responses of submerged moving payload in vicinity of a crane barge in waves

The wave interaction with a submerged cylindrical payload subjected to constrained motions in presence of a nearby floating crane barge is investigated in the three-dimensional numerical wave tank using a fully nonlinear potential flow model in the time domain. Numerical simulations are carried out to investigate the hydrodynamic features of this submerged payload under pendulum motion in water waves as well as while it moves towards the sea bed at a constant vertical velocity. It is known that the presence of multiple side by side floating bodies in waves can create significant drift motion. In the present study the similar drift motion is observed for the side by side floating barge and submerged payload and it appears that the submerged payload under constrained motions may face a very large mean drift motion of nearly seven times that of the incident wave amplitude in the beam sea upstream condition. Emphasis is also given towards investigating and understanding the influences of natural frequency of the payload and shielding effect due to the presence of the floating barge. It is found that natural frequency coupled with shielding effect generates remarkable low frequency components in payload responses both in the head sea and the beam sea situations. The effect of different cable lengths, wave maker frequencies and downward moving velocities on payload responses under several geometric setups are studied and compared, and interesting features such as increased low frequency movement of the payload near the natural frequency region and existence of considerable low frequency motions even at a greater depth (while the payload is quite below the free surface) are observed.     

液舱晃荡与FPSO波浪运动相互耦合时域分析

浮式生产储油轮（FPSO）长期在外海作业,其液舱晃荡现象始终存在。文中对船体外流场采用非线性势流理论,对液舱内流场采用线性势流理论,应用脉冲响应函数法,基于法国船级社（BV）的综合性水动力分析软件HOMER,计算了FPSO在考虑液舱晃荡作用下的时域运动响应,并对晃荡压强进行对比分析。结果表明：液舱晃荡对FPSO运动具有一定的影响,且该影响在迎浪船舷的运动上更为明显,同时迎浪船舷液舱晃荡产生的压强也更大。     

The overall motion induced interruptions as operability criterion for fishing vessels

A new index, namely the overall motion induced interruptions (OMII), is proposed as a seakeeping criterion for fishing vessels, to compare ships having different hull forms and dimensions by means of an only parameter, in a human centred approach, mainly related to the onboard risk level. Therefore, the first aim of the paper is to investigate the factors affecting fishing vessels’ seakeeping performances to improve them to reduce the high number of injuries occurring during fishing operations, mainly related to both risk perception and harsh weather conditions. Despite the classical approach, where motion induced interruption is determined for a certain sea state with regard to several location points, the new index accounts for all crew members’ positions on the working deck, all heading angles the vessel may experience during fishing operations, based on relevant operating scenario, and all sea states the ship may encounter in the fishing area. The influence of position, heading angles and sea states on the attained risk level is fully investigated, analysing seakeeping performances of four fishing vessels with different hull forms and dimensions. Finally, a new operability criterion is proposed, based on OMII, to investigate the influence of ship size and operating scenario on the risk of injuries during fishing operations. Main factors affecting fishing vessels’ seakeeping performances are fully discussed, paying attention to relevant correlation with ship roll natural period.     

6级海况下波浪补偿装置平台的机构优化设计

为缩短波浪补偿装置平台的研发周期,以某型号风电安装船为研究对象,根据我国海洋部门提出的东海区域谱密度公式,运用Matlab软件分别模拟出6级海况下的波普密度曲线、波倾角变化曲线、该型号风力发电船的横摇、纵摇和升沉运动曲线.具体以风力发电船在6级海况下的横摇、纵摇和升沉运动范围约束平台机构的运动范围,采用遗传算法对平台机构进行优化,分别设定不同机构参数为目标函数进行局部优化,最终为平台结构的合理化设计提供数据支持.     

10万吨级深远海养殖平台总体技术研究

深远海海域具有水质优良、远离陆源性污染与病害等特点,适合开展深远海养殖。本文围绕深远海养殖的技术需求,开展深远海养殖平台总布置研究、关键参数选取、航速选择、稳性校核和新能源利用等总体技术研究,形成集规模化养殖、繁育、加工及渔船补给、物流等功能的10万吨级深远海养殖平台总体技术方案。文中还介绍了深蓝渔业航母船队的构建理念,梳理了深远海养殖平台的功能区划,论证了该项目的各项关键指标,其结果满足设计及相应规则的要求。该项目紧扣海洋强国战略,以绿色高效的工业化养殖新模式实现深远海养殖装备跨越式发展,对我国深远海养殖平台建设具有重大的参考价值,并将对去船舶工业过剩产能、提升深远海养殖装备水平产生深远影响。     

深海新型浮式生产钻井储油系统运动分析

采用双系统耦合的势流理论分析浮式生产钻井储油系统(FPDSO)及其隐藏式立管浮箱(SRV)在频域情况下的运动特性。计算一阶力(力矩)以及一阶运动响应,并分别将理论得到的垂荡、纵摇和横摇运动的一阶运动响应函数以及统计值与相应的试验结果进行比较。结果表明:理论值与试验结果吻合较好;SRV的垂荡运动大大减小,更有利于深海钻井作业的实施。     

基于万吨溢油回收船的平面被动式减摇水舱优化及模型试验研究

为了进一步掌握平面被动式减摇水舱中水位变化对减摇效率的影响规律，为减摇水舱总体设计提供参考。根据目标船和减摇水舱结构特点，选择5档水舱水位和无水状态分别进行静水横摇衰减模型试验、规则波模型试验和4级海况不规则波模型试验，针对减摇水舱水位变化对目标船固有周期、阻尼特性、减摇效率的影响规律进行分析，确定最佳水位区间。研究结果表明，水舱水位增加对目标船横摇固有周期和阻尼系数都有影响，水舱水位在水舱总高50%以内，减摇效率随水位增加而提高，在50%~60%之间减摇效率最高，超过60%时，减摇效率有降低趋势。