不规则波浪的数值模拟

优良的波浪环境条件是研究非线性波浪和浮式结构物相互作用问题的基础.文章在数值波浪水池中对不规则波浪进行了数值模拟,造波通过摇板的运动实现,消波通过在水池后段设置消波区实现,自由液面由VOF方法捕捉.对计算所得的波浪时历进行谱分析并将所得谱与理论谱进行了比较,吻合良好.     

舰船顶浪遭遇畸形波的波浪水池数值模拟研究

畸形波对船舶航运极具威胁,已引发多起海上事故,因此有必要对舰船遭遇畸形波进行数值模拟。基于长峰波随机海浪模型,在相位调制生成畸形波的同时考虑了舰船航速的影响,可以对舰船在顶浪航行定时定点遭遇畸形波的非线性波浪环境进行建模,利用CFD生成数值波浪水池,并对畸形波生成过程中畸形参数、峰度、陡度的变化以及速度分量随深度的变化进行分析,从一定程度上反映畸形波的演化特性,并验证数值模拟的有效性。     

三维数值波浪水池的构建和粘性影响研究

以商业软件Ansys14.0中的CFD模块Fluent为平台,通过程序接口加载UDF程序进行二次开发,采用流体体积法VOF(Volume of Fraction)和几何重构法(Geo-Reconstruct)捕捉流体分界面,利用动网格铺层技术Layering实现造波板的运动,同时在动量方程中添加源项实现阻尼消波,建立具有良好造波、消波功能的三维推板式数值波浪水池。利用本数值水池,结合理想流体Inviscid模型和湍流RNG k-ε模型,通过模拟具有不同波长、波高的余弦波研究粘性在数值波浪水池中的影响。结果分析表明,粘性力对流体质点的运动存在阻滞作用,从而使波高沿水池长度方向发生了明显的衰减,衰减幅度与波陡呈正比,衰减形式符合指数规律。     

水陆两栖飞机波浪载荷数值模拟

针对水陆两栖飞机在波浪状态下的强非线性运动响应及安全起降需求,采用空气动力和水动力耦合求解并结合动力学平衡方程对飞机的波浪滑水载荷进行计算。采用雷诺平均N-S方程和SST k-ω两方程模型求解非定常流场,流体体积分数法（VOF）捕捉自由液面,并与模型试验结果对比验证数值方法的可靠性。基于上述方法,研究了速度、波长、波高等参数对滑水载荷的影响规律,结果表明：滑水载荷随波高的增大而增大,但不同波高状态下的载荷差异性随波长的增加呈逐渐减小的趋势;滑水载荷与速度呈正相关;滑水载荷峰值一般发生在1.2～1.8倍机身长的短波状态,随着波长的增加,飞机的载荷逐渐减小,当波长大于4倍机身长后,飞机的载荷值趋于收敛。     

航行中波浪水池的数值动力学研究

利用数值波浪水池进行船舶航行预报,是计算船舶水动力的重要方法。本文首先建立船舶水池的数值控制方程,然后利用网格划分对船舶周围的流场进行划分,最后利用Wigley-III船舶模型计算船舶在规则波中航行时受到纵向、垂向和纵摇力矩的系数,将其与势流理论(3D-BEM)和DUT计算方法相比较。     

数值波浪水池与排水型高速船波浪增阻计算方法研究

基于CFD技术对三维数值波浪水池以及排水型高速船波浪增阻进行计算研究。采用在水池入口处模拟波浪速度的方法造波。水池尾部采用人工阻尼结合稀疏网格消波,自由面采用VOF方法处理,采用动网格技术结合运动控制程序模拟船舶的纵摇与升沉运动。对规则波中迎浪前进的Wigley III船模和Model 5b船模纵摇与升沉运动以及波浪增阻进行计算并与试验值进行比较、分析,为排水型高速船波浪增阻的计算提供参考。     

航道水深对波浪传播影响的数值模拟研究

利用CGWAVE波浪数值模型探讨波浪入射角度不同时航道水深对波浪传播的影响,得出航道与两侧岸滩不同水深比条件下的波浪临界入射角。通过与物理模型试验的对比验证该数值模型的可信度,并将其应用于曹妃甸中心渔港一期工程项目中,本研究的相关成果可用于指导航道工程设计和建设。     

基于多次透射公式和无奇异边界元法模拟全非线性数值波浪水池

文章基于势流理论对全非线性的三维数值水池进行了模拟,其控制方程由无奇异边界积分方程法(Desingularized Boundary Integral Equation Method,DBIEM)进行离散求解,在求解全非线性的自由面微分方程时,文中采用混合欧拉—拉格朗日法(Mixed Eulerian-Lagrangian,MEL)和四阶Adams-Bashforth-Moulton(ABM4)预报—修正方法,为了避免结果发散即增强数值稳定性,文中采用B样条法来光顺波面.同时,在远方辐射控制面上采用多次透射公式方法(Multi-transmitting Formula,MTF)来进行消波,文中得到的结果与理论解进行了比较,结果表明该方法可用来有效模拟全非线性的数值波浪水池.     

三维数值波浪水池造波技术研究

数值波浪水池是一种新兴的研究平台,相对于物理实验具有经济花费少、结果数据详细等优势.采用FLUENT软件建立三维粘性数值波浪水池,运用二次开发接口UDF(Universal Disc Format)模拟造波机的工作方式,实现摇板造波和在动量方程中添加源项实现消波区的消波.数值水池运用流体体积函数(Volume of Fluid,VOF)模型捕捉自由面,湍流模型为RNG雷诺时均模型.输入波列为同一波长、多个波高的简谐波波浪序列,将序列中的计算结果与理论值对比,验证数值波浪水池的造波能力.     

海洋平台风载荷的数值分析

风载荷是海洋平台主要的设计载荷,常规的规范算法在结果上偏于保守。本文基于N-S方程(Navier-Stokes)方程对某自升式钻井平台进行了风载荷的数值分析,控制方程—RANS(Reyolds Averaged Navier-Stokes)和连续性方程使用有限体积法离散。在此基础上,对数值分析中湍流模型选择及网格划分方法进行了讨论,分别采用CFX及FLUNET软件对海洋平台整体及单个构件的风载荷和形状系数进行了研究。     

海洋风电场风机基础的设计分析

在阐述海上风机基础的种类和特性的基础上,介绍风机基础的设计要点,包括设计流程,设计的外部环境分析以及风机基础的选型等,分析各个设计阶段的要求及注意事项。     

海上风电运维船小型化波浪补偿登乘栈桥设计

针对海上风电机组运维需求,设计海上风电运维船的小型化波浪补偿登乘栈桥。进行登乘栈桥的总体设计、力学分析和软件设计,并对登乘栈桥的三维模型进行有限元仿真。仿真结果表明,所进行的设计可满足海上风电运维船的小型化和轻量化要求,保证人员与物料的安全和作业环境的稳定。     

海上风机结构周围冲刷数学模型研究

基于开源程序OpenFOAM和动网格技术,利用切应力平衡法建立水流作用下的海上风电基础局部冲刷数学模型。通过模拟结果与实验数据的对比发现,所建立的冲刷数学模型能够合理反映圆柱型单桩基础周围的水流结构,冲刷深度与实验结果吻合较好。     

超大型风机安装平台自升状态下的运动响应频域分析

针对自升自航式海上风机安装作业平台在风浪较大的海上风电场区域作业时风、浪、流载荷较大,影响安全的问题,基于SESAM软件,建立海上风机安装作业平台有限元模型,在频域内计算了波浪载荷和运动响应传递函数,并进行响应谱分析。结果表明,平台运动响应受波浪周期和浪向角的影响较大,当桩腿接近海底时,有可能对导致桩腿触底,在船舶设计以及船舶实际作业时应注意避免这种现象发生。     

海上风机在三种风载荷作用下的疲劳分析方法研究

文章提出一种基于等效疲劳载荷的快速有效的结构优化设计方法,首先通过bladed模拟得到时域下的风载荷,然后通过雨流计数法则和等效损伤理论得到相应的疲劳载荷谱和等效疲劳载荷,接着以导管架式海上风机为例,利用AN-SYS对其进行三维建模,选取三种典型管节点和两种非管节点,基于热点应力法计算了其在三种风疲劳载荷作用下的疲劳损伤,通过比较三种载荷作用下的疲劳损伤结果,验证了等效疲劳载荷的可靠性.接着又计算了各等效疲劳载荷分量单独作用下的海上风机焊接节点的疲劳损伤,得出各疲劳载荷分量对疲劳总损伤的贡献,可以为设计者提供更好的载荷设计依据.相比于传统的时域疲劳分析方法和疲劳载荷谱方法,等效疲劳载荷方法更加方便有效.     

海上风电浮船分体安装运动响应数值仿真分析

本文采用数值仿真手段分析浮吊船的运动响应以确定采用浮吊船进行风电机组分体安装的可行性。利用基于边界元法的水动力学数值仿真的手段,计算强峰1800和苏连海起重08两艘起重船的浮体运动响应RAO。采用频域谱分析的方法,计算随机波条件下两船吊钩位置的垂荡运动响应谱,并通过波浪谱统计规律确定船舶的最大运动响应以及加速度响应,以确定风电机组分体安装的可行性。     

近海风电场风机桩群布局对海域水动力条件的影响

为了探讨海上风力发电场规划实施后风机桩群对附近海域水位、流速、潮通量等水动力条件的影响,建立了长江口、杭州湾及其附近海域大范围平面二维潮流数学模型,研究结果表明:风机实施的影响范围及程度与工程海域的潮流特性、风机布置形式等有关,就上海风电规划而言,风电场的实施基本没有对附近海域造成较大影响。     

半潜浮式风机的动力响应分析

OC4半潜浮式风机综合性能较好,但其浮式基础结构质量和结构复杂性使其建造成本高昂,而WindFloat半潜浮式风机浮式基础具有结构简单、建造成本低和减摇效果好等优点,但是适应水深较小且只适合特定海域。结合OC4和WindFloat半潜浮式风机浮式基础的结构特点,针对200 m水深环境设计OC4-WindFloat半潜浮式风机基础。基于叶素理论、莫里森公式和势流理论,通过有限元软件对OC4-WindFloat半潜浮式风机的固有周期及风浪联合作用下的动态响应进行耦合分析,并与OC4半潜浮式风机结果进行对比研究。结果显示,OC4-WindFloat半潜浮式风机固有周期及动态响应均满足相关规定,且具有比OC4更低的建造成本,相比WindFloat可适用更深的海域。研究结果对于浮式基础型式研究有一定的指导意义。