风浪联合作用下深水半潜平台耐波性能的数值模拟

通过数值模拟方法,研究风浪联合作用下深水半潜平台的耐波性能。该方法通过建立风速与波浪相干函数模型,利用该模型获得当前深水半潜平台不同工况下风速与海浪的关系,再计算风浪联合作用下深水半潜平台的海浪作用力和风作用力,以2个数值为基础,构建深水半潜平台耐波性能数值模拟模型,在不同情况下模拟风浪联合作用下深水半潜平台耐波性能。实验结果表明：该方法可在不同波浪周期时,模拟风浪联合作用下深水半潜平台的横荡和垂荡数值,在波浪周期较小时,垂荡与横荡数值也较小,深水半潜平台的耐波能力较强;风浪角越大,在波浪周期相同时深水半潜平台的垂向弯矩数值越大,其耐波能力则较小。     

完全非线性波的数值模拟

本文利用MAC差分格式，对欧拉动学方程进行离散求解，利用VOF法处理自由表面的演变。数值计算主要针对矩形围域内驻波随时间的变化，给出了不同时刻的自由表面波形图。计算结果同通常势流理论的线性解作了对比，发现本法可以用于揭示自由波面运动的非线性特征，且可以作为研究完全非线性波的一种方法。     

大型邮轮耐波性能数值与试验研究

大型邮轮乘员多达几千人,其运营安全性及乘坐舒适性至关重要,有必要对其耐波性能开展针对性研究。本文以数值模拟与模型试验相结合的方法研究某大型邮轮的相关耐波性能,数值计算应用三维线性时域势流理论,试验模型为1∶55缩尺比制作的水面自航模型。首先对比分析邮轮计算结果与试验数据,验证研究方法的可靠性,然后进一步依据相关耐波性衡准评估了邮轮在不同航速、浪向、海况下邮轮的安全性与舒适性。结果表明:大型邮轮在5级及以下海况可满足舒适性标准,在更高海况下须避免在浪向30°及90°条件下航行;在6级海况、航速不超过15 kn时,大型邮轮安全性与舒适性亦符合标准。     

风浪联合作用下多台浮式风机的数值模拟

以3台串列排布的NREL-5 MW半潜式浮式风机为研究对象,采用FAST.Farm软件对其进行全耦合仿真,通过设定不同风浪联合作用的工况,分析不同风浪联合作用下多台浮式风机的发电功率以及载荷变化情况。结果表明：在湍流风和不规则波联合作用下,当实际风速低于额定风速时,下游风机在上游风机尾流干扰下致使发电功率和载荷波动较大;当实际风速大于或等于额定风速时,下游风机的发电功率和载荷波动较小,基本不受上游风机的尾流干扰。结果验证了浮式风机更适合深海高风浪区域,可为今后建立深海海上风电场提供参考。     

船舶前缘阻力场的数值模拟分析

通过减轻船舶前缘阻力来提高船舶运输效率是提升水上运输竞争力的一种方式。本文分别对原始船模、底部断阶模型、引流后底部断阶模型、无断阶模型进行实验计算分析,研究在不同的几何参数下,前缘柱体新通道对船面产生的压力分布方式、切应力布局方式以及对阻力大小的影响,通过仿真实验研究确定最佳减阻参数。     

畸形波作用下船舶甲板上浪的数值模拟研究

畸形波对航行中的船舶极具威胁,其巨大的波高更容易产生甲板上浪现象,因此有必要对畸形波海况下的船舶甲板上浪问题进行研究。论文基于线性聚焦理论,利用波浪的色散特性产生畸形波,在二维数值水池中模拟了船舶与畸形波的非线性相互作用,并成功复原Greco的水池模型试验,验证了数值模拟方法的可行性。通过对甲板上浪高度的监测,研究了在相同有效波高下,规则波和畸形波甲板上浪行为的不同。本研究对完善极端海况下船舶结构和行驶安全的设计规范具有重要意义。     

风浪联合作用下翼型风帆助推船舶稳性分析

为实现碳达峰、碳中和目标,翼型风帆助推技术日益受到重视。海洋风能可借助风帆结构推船前进,达到节能减排目的,但同时也会产生作用于船体的横摇力矩。风、浪随机载荷联合作用,为风帆船舶在波浪中的动稳性预报提出了新挑战。为此,考虑了多组风谱、浪谱、风向和浪向,采用谱分析法和时域分析法研究了风浪联合作用下船舶动稳性。谱分析法未考虑系统的非线性,时域分析法考虑了横摇回复刚度的非线性。研究发现风谱对目标船舶动稳性影响很小,波浪谱影响较大;针对该文算例,横摇非线性不可忽略。研究结论可为风浪随机载荷联合作用下翼型风帆助推船舶动稳性研究提供理论参考。     

后勤保障浮式码头耐波性能试验

采用模型试验方法对后勤保障浮式码头耐波性能进行研究。设计浮式码头物理模型和系泊系统模型。采用静水衰减试验,得到浮式码头的横摇和纵摇阻尼。采用规则波（Regular Wave,RW）试验,得到浮式码头的运动响应幅值算子（Response Amplitude Operator,RAO）曲线,并与数值计算模型进行对比,相互验证有效性。采用不规则波（Irregular Wave,IRW）试验,分析浮式码头的运动性能和四点锚泊性能,并与数值计算模型进行对比。结果表明模型试验与数值计算模型吻合较好,可为后勤保障浮式码头设计提供相应的参考依据。     

江苏如东附近海域风浪场的数值模拟

介绍国际上较为先进的第3代近岸波浪数学模型SWAN模型。先选用水下圆形浅滩试验对模型进行验证计算，再对江苏如东附近海域在定常风和“9711”号台风作用下的波浪场进行了模拟，通过与现场测量结果的比较，表明SWAN模型可以较合理地反映江苏如东附近海域在定常风和“9711”号台风作用下风浪的成长和传播过程。     

多向不规则波群的数值模拟

基于单向波群的数值模拟,引入方向分布函数,按给定的频谱、波群因子和方向分布参数,建立了多向波群的数值模拟方法,通过典型的算例表明方法的有效性,并对模拟结果进行了统计分析,研究了波浪群性与波浪统计特征之间的关系。     

影响近海船舶航行安全的台风浪数值预报试验

台风引起的大风浪和涌浪对船舶航行、抗台和避风有着重要的影响,为航海者提供实时、准确的海浪场对船舶的航行安全和营运效率有着重要的现实意义。选用一个对我国近海船舶航行造成较大影响的9711号台风Winnie为研究对象,应用国际上先进的海浪预报模型WAVEWATCH -Ⅲ对Winnie的海浪场进行了后报,将预报的有效波高与TOPEX Poseidon卫星高度计资料作了详细的对比分析,结果表明,预报的有效波高与卫星高度计资料基本一致,达到了航海活动所需的精度,从而为近海船舶航行提供科学的参考依据。     

船舶主柴油机喘振的数值模拟

此文介绍新型低速主柴油机运行中增压系统喘振研究的背景,同时介绍此研究采用数值模拟的方法及其程序。     

不同海况下风浪对船舶排气扩散的影响研究

针对船舶航行过程中污染气体的排放和再吸入问题。基于开源CFD代码OpenFOAM,采用内外场混合算法模拟船舶在不规则波浪中的运动,采用多组分气体扩散模型模拟风口气体的排放与扩散,将两者相结合对船舶在波浪中航行时的气体扩散进行数值仿真。在固定船舶排风口排气速度、新风入口进气速度以及船舶航速的前提下,分别模拟了四、六、九级海况下的船舶航行运动,研究了不同海况及风速下船舶运动对排气口气体浓度扩散所产生的影响,以及对新风入口处气体再吸入率的作用。     

半潜首船型耐波性能研究

半潜首船型是近期发展的减摇新船型,半潜首作为船舶的一个浮体可有效地减小船舶在风浪中的纵向运动——特别是减小纵摇运动以及首部速度、加速度诸运动参数。这对于要求有优良耐波性能的中小型快速船具有重要意义。 本文介绍了半潜首船型耐波性能的理论预报方法,并针对一具体船型计算了半潜首的设置及其形状对运动性能的影响。计算数据和实验结果的比较表明,两者吻合较好。 文中还对二维船舶水动力的数值方法作了改进。     

随机风浪下船舶航速自适应控制

船舶在航行过程中受到参数扰动及海浪因素等影响,导致航速控制的稳定性不好,提出基于自适应反演误差补偿的随机风浪下船舶航速控制方法。构建随机风浪下船舶航速控制约束参量模型,采用船舶姿态信息的实时调节方法进行误差补偿,结合船舶的航速参量进行位姿修正,提高船舶航行的稳定性。采用Kalman滤波算法进行船舶航速参量的融合处理,实现自适应优化控制。仿真试验结果表明,采用该方法进行船舶航速自适应控制的稳定性较好,输出航速参量的自适应调节能力较强,提高船舶抗随机风浪能力。     

风浪流载荷下超大型海洋平台拆解船运动特性数值模拟

基于Sesam软件研究风浪流耦合载荷下超大型海洋平台拆解船的运动特性,并重点探讨了举升臂及载荷方向的影响规律。首先,基于HydroD频域分析模块得到波浪载荷下拆解船运动特性;在此基础上,将频域分析得到的拆解船运动传递函数及附加质量等导入Sima时域分析模块,并同时考虑风和流载荷的影响,得到风浪流耦合载荷下拆解船运动特性。数值计算结果表明:安装举升臂后拆解船在波浪载荷下的横荡、横摇及首摇方向上运动幅值会显著增大;举升臂导致船体结构具有不对称性,风浪流载荷从压载箱侧加载时拆解船运动幅值相对较小,为保证作业安全性,应尽量保证载荷从压载箱侧加载。     

船舶舷侧结构耐撞性分析

为研究船舶舷侧结构的碰撞损伤过程,采用非线性动态响应分析方法,使用ANASYS/LS-DYNA显式动力分析软件,对船艏和船舷垂直碰撞过程进行数值仿真,获得了碰撞力、能量吸收和结构损伤变形的时序结果。为了分析船舶舷侧结构耐撞性能,本文对比了常见油船、新型Y型和X型舷侧结构的仿真过程,结果表明新型舷侧结构在整体的耐撞性能上优于传统的舷侧结构,承载构件的不同也会对结构的耐撞性产生很大的差异。