并行计算求解运动船体上的甲板上浪问题

甲板上浪是危害海洋浮式结构物的重要因素.文章采用模型试验方法对一艘FPSO的甲板上浪现象进行了考察.结合模型试验的结果,采用大规模并行计算技术成功再现了甲板上浪这一非线性极强的物理现象,有效地克服了计算时间的限制.数值模拟中对与上浪密切相关的物理参数如水体流动,船体的运动,冲击载荷进行了记录.为了保证数值模拟的精确性,文中开展了网格试验和时间步长试验,得到了适合甲板上浪模拟的网格划分方案和时间步长.由数值模拟得到的上浪细节相当详尽,如由VOF方法进行液面捕捉得到的波浪沿船艏爬升、变形、最后冲击船艏结构物破碎的过程与试验相比很为接近.计算实践表明采用大规模并行计算是解决上浪等非线性问题的町靠的、高效的途径.     

船舶甲板上浪横摇的时域模拟

本文应用数值模拟方法,计算了一艘中型船舶在规则波及随机波中,考虑甲板上浪和不计上浪两种情况下的横摇运动。为了考察初稳心高度在计及和不计甲板上浪两种情况下的影响,考虑了三种不同的初稳心高。计算结果表明,对于横摇运动,计及上浪和不计上浪,在高波浪情况下会有较大差异,特别对具有小初稳性船的情况,甲板上浪会导致倾覆。这说明对小型船舶,甲板上浪这一因素,在船舶的安全性中是必须考虑的。     

低干舷隐身船波浪中纵向运动的模型试验及理论研究

低干舷隐身船由于采用低于舷和内倾设计,容易引起甲板上浪和非线性水动力,因而其耐波性能与传统直壁船型差别较大.文中通过模型试验和理论计算的方法,对低干舷隐身船在顶浪时规则波和不规则波中的纵向运动响应开展了研究.理论方法包括S.T.F.线性切片法和非线性时域方法,并且在时域计算中考虑了船体湿表面变化和甲板上浪对纵向运动的影响.研究表明,隐身船在波浪中的纵向运动存在明显的非线性现象,船舷内倾是导致船体纵向运动非线性的主要因素,采用非线性时域方法可以较好地预报低干舷隐身船型在波浪中的纵向运动.     

甲板上浪问题的二维数值模拟

以连续性方程和N-S方程为控制方程,采用源造波理论和技术,建立了具有造波和消波功能的二维数值波浪水槽,并使用VOF方法追踪自由面来模拟二维情况下的甲板上浪问题.文中就迎浪状态下的固定FPSO和横浪状态下的运动船体断面模型所遭遇的甲板上浪现象分别进行了数值模拟研究.船体的运动规律通过势流理论计算结果给定,在上浪现象模拟计算时,船体的运动采用移动网格技术实现.研究表明,计算结果与试验结果相当吻合,该方法可以用于甲板上浪现象的预报和模拟,可以用于分析预报甲板上浪对浮体的破坏作用.     

船舶甲板上浪压力的模型试验

本文介绍一艘无舱盖集装箱船在恶劣海况中的反上浪压力试验结果，曾进行了顶浪、艏斜浪、横浪、艉斜浪和随浪等七个浪向的试验。试验结果表明：甲板上浪压力最大发生在顶浪，最大压力值近４倍的船吃水水柱高，甲板上浪次数最频繁的浪向是艏斜浪，为２６．５次／小时，横浪时上浪次数较少，而在艉斜浪和随浪状态则无甲板上浪。     

甲板上浪2D数值模拟与试验研究

基于VOF法,采用动边界造波,对规则波中的浮体甲板上浪进行了2D数值模拟.得到了在不同倾角下甲板上浪的波形时历.基于PIV和浪高仪测试技术,在波浪水槽中对浮体在规则波中的甲板上浪进行了试验,得到了上浪水在甲板上的水位高度及波浪沿船首爬行、变形、破碎的过程.计算结果与试验结果进行了对比,验证了数值计算的可行性.     

内转塔式系泊FPSO甲板上浪的时域模拟

采用时域模拟方法,对一内转塔式系泊FPSO的甲板上浪问题进行了计算和分析,给出了甲板上指定点的垂荡运动时历及甲板上浪次数统计值,为内转塔式FPSO的设计提供参考依据.     

基于船波相对运动的砰击压力和上浪载荷预报方法

本文基于船波相对运动理论,对舷侧砰击压力和甲板上浪载荷的数值及试验预报方法分别进行了研究.利用三维势流理论计算船舶与波浪之间的相对运动,可以得到船波相对速度及甲板上浪高度.对于砰击压力通过数值模拟方法得到砰击压力系数后结合船波相对速度来预报;对于上浪载荷则采用考虑船舶航速的溃坝模型结合甲板上浪高度来预报.此外,开展了船舶运动和砰击压力模型试验,船波相对运动由沿着模型横剖面布置在舷侧的浪高仪测量,并且测得了相应位置处的砰击压力.最后分别对船波相对运动和砰击压力的数值结果与试验数据进行了比较分析,同时基于船波相对运动给出了一种砰击持续时间计算方法.     

FPSO关键管路甲板上浪与砰击载荷计算

以FPSO甲板上受波浪冲击的典型结构物为研究对象,从甲板上浪和砰击两个方面分析布置于主甲板、舷侧、船艏及艉部低艉甲板的板型和细长型结构的甲板上浪和砰击载荷计算方法。运用CAESAR II分析软件,建立泡沫、货油卸载、海水排舷外管路的应力计算模型,提出甲板上浪和砰击载荷的合理加载方式,以及对管路布置的优化方案,为类似项目管道工程设计提供依据。     

船舶在固定护舷约束下的运动和动力响应

边际油田开发过程中,有时将储(运)船舶停靠在导管架平台内,在导管架上布置横、纵护舷以约束储运船舶。采用物理模型试验方法,研究了随机波浪作用下,船体在固定护舷约束下的运动和动力响应问题。试验结果表明:原型3 000 t级储运船舶,当船侧与横向护舷间隙为500 mm、纵向护舷间隙为零时,船舶各运动分量较为自由,未见甲板上浪情况。单个横向护舷最大吸收能量为1 465 k J,纵向护舷最大吸收能量为745 k J。随着船侧与护舷间隙减小,船舶各运动分量运动受到限制,不同程度的出现甲板上浪现象,护舷吸收能量相比于间隙为500 mm情况有所减小。当考虑船舶运动及甲板上浪时,船体与护舷间应适当留有间隙;当考虑护舷及船体碰撞安全时,应适当减小间隙。     

甲板上浪与船舶横摇计算

本文介绍了船舶在甲板上浪后,甲板上水的运动和船横摇运动的计算方法。应用这一方法,并与切片理论相结合,可以在时域内比较真实地计算船舶在甲板上浪情况下的横摇运动。文中作为简化,仅考虑柱形船模在波浪中的横摇,但这一方法可以很容易地用切片方法计算实际的船型。     

船舶上浪预报中甲板上浪的统计分析

本文从船艏和波面的垂向相对运动预报出发，从统计意义上给出表征上浪严重程度的甲板上浪的定量分析，进而为预报敞口集装箱船进水量提供依据。在止浪延续时间的分布函为九计算中了以往的计算方法。     

随机横浪中甲板上浪船舶的倾覆研究

应用相空间转移率,定量研究了随机海浪中甲板上浪船舶的倾覆,给出了甲板上浪对船舶抗倾覆能力的影响.综合考虑非线性阻尼、非线性恢复力矩和随机横浪激励,建立了无甲板上浪和有甲板上浪时船舶随机非线性横摇运动的一般方程.以一艘倾覆的拖网船为例,分别求解了无甲板上浪和有甲板上浪时,不同海况激励下船舶横摇的相对相空间转移率.以相空间转移率作为船舶稳性损失的度量,定量比较了两种情况下船舶的抗倾覆能力.研究表明,甲板上浪后,船舶在较低的海况下会产生较大的相对相空间转移率,甲板上浪严重降低船舶的抗倾覆能力,从理论上进一步揭示了甲板上浪船舶的倾覆机理.     

LNG船运动响应数值计算与试验研究

随着能源需求的增加和人们环保意识的增强,天然气作为一种清洁能源越来越受到青睐。对于液化天然气的海上长距离运输, LNG船无疑是最有效、最经济的选择。耐波性作为船舶安全性能的一个重要指标,在船舶的设计和运营过程中必须考虑。本文采用挪威船级社 SESAM软件计算了 LNG船在规则波中的六自由度运动响应,研究航速和浪向对其运动的影响。根据相关要求制作船模进行其在规则波中的耐波性试验,并将计算结果跟试验结果进行对比。结果表明：浪向对其运动响应影响较大,横浪时升沉、横摇响应最大,迎浪时纵摇响应最大;计算结果与试验结果的变化规律吻合较好。     

LNG船运动响应数值计算与试验研究

随着能源需求的增加和人们环保意识的增强,天然气作为一种清洁能源越来越受到青睐。对于液化天然气的海上长距离运输,LNG船无疑是最有效、最经济的选择。耐波性作为船舶安全性能的一个重要指标,在船舶的设计和运营过程中必须考虑。本文采用挪威船级社SESAM软件计算了LNG船在规则波中的六自由度运动响应,研究航速和浪向对其运动的影响。根据相关要求制作船模进行其在规则波中的耐波性试验,并将计算结果跟试验结果进行对比。结果表明:浪向对其运动响应影响较大,横浪时升沉、横摇响应最大,迎浪时纵摇响应最大;计算结果与试验结果的变化规律吻合较好。     

基于随机Melnikov方法的甲板上浪船舶混沌运动研究

应用随机Melnikov方法和庞加莱截面研究甲板上浪时船舶的混沌运动。考虑甲板上浪对船舶静稳性的影响,建立随机横浪中船舶横摇运动方程。由随机Melnikov过程结合均方准则确定船舶产生混沌运动的参数域,计算不同参数域中船舶横摇响应的庞加莱截面和时间历程。结果表明,增加船舶阻尼将抑制混沌运动的发生。甲板上浪时船舶横摇响应的庞加莱截面上有两个吸引域,船舶运动过程有两个横摇中心。在非混沌参数域中,船舶只围绕其中的一个横摇中心运动;在混沌参数域中,发生由一个横摇中心到另一个横摇中心的随机跳跃。     

甲板上浪对渔船甲板作业人员安全的影响

渔船在恶劣的海况下航行时,容易受到甲板上浪的影响,进而使甲板上作业人员的安全性受到影响。基于势流理论、概率统计方法和洪水波理论,计算甲板上浪概率和甲板上浪产生的冲击力。通过计算作业人员承受的上浪冲击力、摩擦力和安全设备的防护力,分析人员安全状况,给出相关应对建议。     

大波陡条件下FPSO上浪及其载荷特征的试验

为研究大波陡条件下船首甲板上浪的上浪水流动以及上浪载荷特征,针对一艘浮式生产储油轮的简化船首模型进行了水槽试验.模型试验采用了固定安装的方式,试验工况为一系列不同波陡的5阶Stocks波和聚焦波,通过高速摄像仪和力传感器分别测量并记录不同工况下上浪水流动的详细过程以及砰击载荷情况.结果表明:大波陡条件下典型的"翻卷式"上浪伴有波浪变形、爬升、坍塌、破碎及砰击的现象,对甲板及垂直板产生了巨大的冲击载荷;甲板上浪载荷的峰值出现在甲板首部及垂直板底部附近,垂直板上冲击载荷的峰值出现在船体中线位置,上浪水在甲板上的流动存在明显的三维效应;干舷、浮态和波形参数等对上浪水流动和上浪载荷会产生重要影响.     

二维甲板上浪模型试验研究

甲板上浪属于非常复杂和强非线性的波体相互作用过程。研究甲板上浪的基本方法包括理论分析、模型试验和数值计算。本文利用浪高仪测试方法对特定实验工况捕捉甲板上浪特征参数信息,分析甲板上浪的水位高度、上浪量与浮态之间的关系。利用PIV方法捕捉了波浪沿模型首端爬行、变形、破碎的过程_[1]。获得了上浪的统计规律,有助于自由液面的非线性流体力学模型试验技术的发展,推动相应学科的进步和发展。     

考虑空气卷入效应的甲板上浪数值模拟

利用大型CFD商业软件StarCCM+,针对甲板上浪试验进行三维尺度下的数值模拟,考虑空气的可压缩性,分析卷入空气泡对甲板上浪载荷的影响,结果表明,数值计算值和试验值符合较好,并且较二维尺度下的数值模拟更加精确,卷入的空气泡会影响其附近的压力场,在空气泡的前进方向前后端分别形成低压区和高压区。可压缩空气的空气垫的效应会使上浪砰击载荷得到缓和,峰值压力减小,作用时间变长。