自升式钻井平台抗滑移能力分析

在理论公式的基础上,通过Abaqus软件模拟桩靴在土壤中的滑移过程,建立一种分析桩靴抗滑移阻力数值方法。首先研究各船级社抗滑移理论公式;在此基础上,建立桩靴-土系统有限元模型,利用CEL方法,建立研究所需工况,研究土体受力产生流动变形,得出抗滑移阻力数值解和土壤流动机制;最后将抗滑移阻力理论解与数值解进行对比分析与讨论。弥补现有理论公式不足,为计算桩靴抗滑移阻力提供一种精确的方法。     

自升式钻井平台抗滑移能力分析

在理论公式的基础上,通过Abaqus软件模拟桩靴在土壤中的滑移过程,建立一种分析桩靴抗滑移阻力数值方法.首先研究各船级社抗滑移理论公式;在此基础上,建立桩靴-土系统有限元模型,利用CEL方法,建立研究所需工况,研究土体受力产生流动变形,得出抗滑移阻力数值解和土壤流动机制;最后将抗滑移阻力理论解与数值解进行对比分析与讨论.弥补现有理论公式不足,为计算桩靴抗滑移阻力提供一种精确的方法.     

破冰船连续破冰的冰阻力预报

[目的]为了准确评估破冰船在平整冰区航行时连续破冰过程中所受的冰阻力,同时了解不同预报方法的特点,采用经验公式法、数值模拟法以及船模试验法,对破冰船在平整冰中连续航行时的冰阻力进行预报。[方法]使用非线性有限元软件DYNA,分别基于传统有限元与黏聚单元法构造冰层数值模拟模型,模拟平整冰与破冰船相互作用时发生的弯曲断裂以及相互作用的过程。同时,采用经验公式法,用3种不同的经验公式进行冰阻力计算,对影响经验公式法预报结果的参数进行敏感性分析。[结果]研究发现:冰阻力随航速、冰厚度以及弯曲强度的增大呈上升趋势,其中冰厚对冰阻力的影响最大。3种经验公式中,Lindqvist公式的预报结果与船模试验结果更为接近,而Vance和Lewis公式更为保守。传统有限元与黏聚单元法在冰厚较小的情况下,冰阻力预报结果更准确,冰厚较大时误差较大,约25%。在冰厚较小航速较高的情况下,黏聚单元法预报的冰阻力值较传统有限元方法更为准确,与船模试验结果相比精度误差在10%以内。[结论]在实际的冰阻力预报中,可结合经验公式法与数值模拟法,兼顾预报结果的准确性与高效性。     

基于CFD实尺2339标准箱集装箱船的阻力分析和实船验证

基于计算流体力学(CFD)方法对2339标准箱支线型集装箱船进行实尺数值模拟阻力预报。首先建立NUMECA/HEXPRESS全六面体非结构网格,采用湍流K-Omega(SST)-Menter模型进行数值模拟,计算其在压载工况下不同傅汝德数时的阻力;然后将CFD数值计算阻力结果同实船试航阻力进行比较与分析。结果表明:CFD数值模拟同实船以及实验结果趋势一致,误差较小。论文所述CFD分析方法对船舶的线型设计、优化和航速预报,具有一定的指导与参考意义。     

基于CFD的中低速Wigley船模黏性阻力

船舶阻力性能对船型参数的确定、船体结构的设计有重要影响。本文以Wigley船模为研究对象，采用CFD方法建立了行船阻力分析系统，以实际海况数据为依据，确定较准确的参数和边界条件，分析了不同航速（傅汝德数）下的低速行船阻力，并与理论公式对比分析。仿真测试结果表明：在实际海况数据下，CFD数值模拟阻力与理论ITTC公式计算的阻力误差在2%以内且发展趋势一致。本文的研究为采用CFD研究行船阻力奠定基础。     

基于离散元方法的极地浮碎冰区船舶冰阻力

采用离散元方法建立浮/碎冰模型,结合欧拉多相流VOF方法数值模拟船舶与浮/碎冰之间的接触碰撞过程。重点对比分析船、冰作用过程中Hertz-Mindlin模型、Linear Spring模型和Walton Braun模型3种接触力计算模型对船-冰作用形式和冰阻力数值的影响。结果表明,在同一工况下,3种接触碰撞模型对船体周围碎冰运动模式变化的影响一致。对于船体所受冰阻力,通过分析船长方向和船宽方向的冰阻力数值,并将计算结果与采用Du Brovin经验公式计算得到的结果相对比,得出采用Linear Spring接触力计算模型计算得到的阻力幅值发散低,数值相对稳定,计算误差较小,为极地冰区船舶与浮碎冰相互作用的阻力计算提供参考。     

浮式防波堤拖航阻力数值模拟与试验

对一种圆筒型的浮式防波堤进行介绍,在此基础上对拖航阻力的数值模拟方法以及模型试验的过程进行阐述。通过数值模拟与模型试验的方法对这种圆筒型浮式防波堤的拖航过程中的拖航阻力进行较为透彻的研究,分别分析这2种方法下圆筒型浮式防波堤随着航速增加拖航阻力的变化情况。为更好地分析2种方法下的拖航阻力情况,圆筒型浮式防波堤在2种方法下的缩尺比例相同。通过对圆筒型浮式防波堤拖航阻力的数值模拟结果与模型试验结果进行对比,可以得出浮式防波堤拖航阻力的数值模拟与模型试验之间的差距,为浮式防波堤实际的拖航工程提供更为可靠的依据,以此来保证拖航过程的经济、安全。     

基于SPH-FEM算法的浮冰-水-船耦合作用数值模拟方法

针对计算机模拟极地船舶在冰区航行过程中同时受浮冰与海水影响的非线性与随机性等特点,本文将光滑粒子流体动力学与有限单元法耦合算法应用于某LNG船在冰水池试验航行时与浮冰碰撞的动态过程仿真中。阐述其耦合算法的基本理论与实现方法,模拟船舶航行过程中遇到不同密集度的浮冰工况,分别监测船体所受冰阻力的数值,观察浮冰运动情况,分析LNG舶与各密集度浮冰碰撞时阻力随时间变化规律,与经验公式比较。结果表明,该耦合算法模拟的LNG船航行于各浮冰工况符合真实情况,结果具有较高精度,为后续极地船舶的冰载荷研究提供了有力依据。     

基于离散元方法的极地浮碎冰区船舶冰阻力研究

本文采用离散元方法建立浮/碎冰模型,结合欧拉多相流VOF方法数值模拟船舶与浮/碎冰间的接触碰撞过程。重点对比分析了船冰作用过程中三种接触力计算模型：Hertz-Mindlin模型、Linear Spring模型及Walton Braun模型对船冰作用形式及冰阻力数值的影响。得出在同一工况下,三种接触碰撞模型对船体周围碎冰运动模式变化影响一致。对于船体所受冰阻力,通过分析船长、船宽方向冰阻力数值并将计算结果与DuBrovin经验公式进行对比,得出使用Linear Spring接触力计算模型计算的阻力幅值发散低,数值相对稳定且计算误差较小。本文研究工作对极地冰区船舶与浮碎冰相互作用的阻力计算具有一定的指导意义。     

基于CFD的船舶排气管系流场分析

为了解船舶排气管系的阻力及其流动特征,运用计算流体力学(CFD)中数值模拟和试验的方法,对排气管90°弯头和单扩张抗性排气消声器的流动特征进行数值模拟和试验,分析管系中的压力分布和速度分布,探讨部件阻力损失机理和变化规律,模拟结果和试验结果基本吻合。结果表明,CFD方法对船舶排气管系的流场分析具有可靠的预测性,可为降低船舶排气系统压力损失和船舶动力装置油耗提供依据。     

循环水槽边壁效应数值修正研究

在循环水槽中进行船模试验时的边壁效应，包括阻塞、浅水和侧壁波浪反射等，会影响测试结果。论文通过非定常RANS数值方法针对排水型高速单体船开展循环水槽边壁效应研究，归纳边壁效应修正公式。通过数值不确定度分析验证了网格的合理性。通过数值模拟的循环水槽与开阔水域中船模阻力的比较，拟合速度增量，得到水深弗劳德数Frh <1时的修正公式。该修正公式反映了阻塞效应、浅水效应以及高速船阻力的特征，循环水槽修正后的阻力曲线与开阔水域的阻力曲线吻合良好。     

小水线面双体船船型与阻力特性关系的研究

本文利用计算流体力学软件FLUENT对一小水线面双体船的粘性绕流进行了数值模拟，研究其船型与船舶阻力之间的关系，主要讨论以下几个方面：（1）特定船型条件下，随着雷诺数变化阻力的变化情况；（2）两潜体在相同长度不同间距时的阻力特性；（3）相同排水量的条件下，潜体不同长径比时的阻力特性。通过将数值模拟结果与经验公式比较，验证FLUENT软件用于船舶阻力分析的有效性和实用性。     

基于数值仿真与经验公式的船舶破冰阻力预报

首先选取并验证合适的冰材料模型,通过建立冰排与破冰船有限元模型,应用非线性显式动力学软件Ls-dyna对破冰船在不同冰厚、不同船速条件下的连续式破冰过程进行数值模拟,并将不同冰况下仿真结果和经验公式计算得到的冰力值做对比研究。最后对各个经验公式中的主要参数进行敏感性分析,得出各个参数对冰阻力计算的影响差异程度,对冰阻力估算和船体结构设计具有重要参考价值。     

高速滑行艇气动阻力试验及数值研究

针对所研发的高速滑行艇型,采用风洞试验及数值模拟方法研究其在静水面高速航行时的气动阻力特性。其中,数值模拟方法基于雷诺平均N-S方程及Realizable k-ω湍流模型。结果表明:数值模拟结果与风洞试验结果吻合得较好,误差在5%以内,精度满足工程应用要求。同时,数值及试验结果也表明,合理的气动力艉型能有效抑制滑行艇尾部的流动分离以及尾涡现象,使滑行艇气动阻力下降15%左右。     

冰区航行船舶冰阻力数值研究进展

冰阻力是影响船舶在冰区航行性能的关键因素。当前主要的冰阻力研究方法有经验公式法、模型/实船试验法和数值模拟方法。数值模拟方式能够对船舶破冰的全过程进行快速模拟,且模拟成本低,参数易于控制 、结果较为准确,是一种比较适宜的冰阻力预报方法。随着计算技术的进步,各种数值模拟方法层出不穷,其中包括基于网格单元的有限元模型,基于无网格方法的离散元模型、SPH法、近场动力学模型等;近年来,网格模型与无网格模型的耦合方法也逐渐发展起来。文章简要梳理了冰区航行船舶冰阻力数值研究的进展,并基于研究现状提出尚需进一步解决的问题,意在为进一步提高冰阻力数值模拟精度提供参考。     

极地船连续破冰阻力数值模拟研究

连续破冰是自破冰型极地船舶中最常用的破冰模式,连续破冰阻力精确计算是极地船舶航行性能预报和船型优化设计的基础。论文提出一种基于预设冰网格技术的连续破冰阻力数值模拟方法,预先对船体水线附近的线型进行分层离散及对冰场进行方形网格离散,通过几何计算和受力分析数值模拟连续破冰进程及产生的破冰阻力分量。进一步考虑连续破冰阻力与运动耦合效应,在时域内建立船体6自由度运动微分方程,数值求解获得连续破冰阻力时间历程结果。利用该数值模拟方法计算获得了一艘PC3级极地油船连续破冰阻力时间历程结果,并将冰阻力有义值与对应的模型试验结果进行了对比。研究表明,数值模拟获得的连续破冰阻力时历结果能够反映连续破冰进程,数值模拟获得的冰阻力有义值与模型试验结果的误差在12%以内。论文的数值模拟方法能够高效、精确地模拟连续破冰进程及冰阻力,具有一定的工程应用价值。     

基于CFD的钻井船月池流场及附加阻力研究

研究了基于CFD方法的钻井船月池流场及阻力性能。针对某阶梯型月池的钻井船,采用定常方法分析其阻力性能,并与模型试验结果进行比较,分析钻井船月池阻力数值计算方法的可靠性;采用非定常方法模拟月池内流体的非定常流动,分析月池附加阻力产生的原因。计算方法及所得出的结论可为具有月池的船舶阻力性能研究提供参考。     

气囊搬运圆筒的滚动阻力系数计算与测试

为验证J.Halling的圆柱在平面上滚动的阻力公式计算气囊滚动阻力系数的合理性,通过对比分析气囊搬运圆筒过程的阻力测试结果与理论计算值,结果表明:运用J.Halling滚动阻力公式计算的气囊滚动阻力系数能满足实际施工需要。     

基于欧拉多相流模型的空泡数值模拟

采用欧拉多相流模型模拟均匀来流绕圆盘、圆锥形空化器流动时所引发的自然空化现象,将数值模拟结果与实验、经验公式计算结果进行对比,确认欧拉多相流模型的有效性,数值结果与实验、经验公式结果吻合度高,证明考虑相间作用力的欧拉多相流模型能够较好地模拟空化现象。     

船用板式换热器混合板片数值分析研究

通过Fluent数值模拟研究了由船用板式换热器不同人字形波纹板片组成的三种模型内部流场及换热过程,得到了压力损失ΔP、平均Nu数随流速的变化情况。分析了不同流速下,三种模型的人字形波纹板式换热器板片的流动和换热特性,并用相关实验数据对数值模拟结果进行了验证。研究结果表明:流速相同时,H-H模型Nu和ΔP值最大,V-V模型Nu和ΔP值最小,V-H模型Nu和ΔP值大小均介于两者之间。Nu和ΔP的数值分别是换热性能及阻力特性的度量。V-H模型以部分换热性能的损失获得了阻力特性的改善。Fluent模拟结果与实验结果一致。