工程船舶拖航总阻力预报方法

为保证工程船舶在拖航过程中的安全性,对拖航阻力预报方法进行研究.在分析船舶拖航阻力组成成分的基础上,阐述各阻力成分的计算方法.以某肥大型工程船为例,采用模型试验的方法对其静水阻力性能进行评估,采用经验公式对其在中等海况下的风阻力、波浪阻力和海流阻力进行估算,最终得到其拖航总阻力.试验和计算结果表明:当船舶航速较低时,风...     

自升式平台湿拖过程中的二阶波浪力增阻分析

波浪引起的二阶平均波浪力附加阻力是自升式平台湿拖过程中总阻力的重要组成部分。基于三维势流理论分析了影响自升式平台湿拖过程中附加阻力的相关参数,包括Jonswap谱γ值、航速以及波浪要素等,进行了敏感性分析。研究结果表明:计算二阶波浪力增阻所选取的Jonswap谱γ值取3.5更为合理;二阶力增阻对波浪周期的变化较为敏感,实际拖航阻力估算只需考虑静水拖航阻力和实际海况的双重作用,可略去航速的影响;并验证了二阶波浪力增阻值与有义波高的平方成正比,提供了一种可靠的二阶力增阻估算方法。     

拖轮海上拖带航行拖力分析计算

为满足海上拖航法定检验技术规则要求,根据船舶动力学,分析了影响某拖轮与工程船舶的各种阻力因素,说明了航行拖力计算时不能只考虑被拖轮的航行阻力,忽略拖轮自身阻力,以致于与实际航行拖力产生误差,使得海上拖航拖力计算不全面。以“三航拖2009”拖轮拖带“三航砼19”工程船为例介绍了计算航行拖力的方法,对海上拖带航行计划的制定与实施具有一定的参考意义。     

自升式平台拖航阻力评估

本文选定了自升式平台离岸拖航的环境条件,利用经验公式、CFD软件和数值积分方法,分别计算得到平台在拖航过程中受到风载荷、流载荷和波浪载荷。计算结果表明自升式平台桩腿长度对拖航阻力的影响非常大,流载荷在拖航阻力中所占比例很小,主尺度变化的对拖航阻力的影响主要体现在波浪载荷上。     

船舶浅水线性位置导数实用估算方法

本文以浅水中船体各横剖面附加质量的计算为基础,根据细长体理论计算了浅水中船舶斜航时的线性位置导数,计算中对粘性影响作了适当修正。计算结果与试验值吻合较好,其精度较某些细长体处理方法有较大的提高。本法简单,便于在船舶设计初始阶段对浅水线性位置导数的估算。     

集成上层建筑复杂开口群理论研究

以船舶集成上层建筑复杂开口群结构为研究对象,对多种可能开口方案进行有限元分析计算。详细讨论开口尺寸、开口间距与上层建筑壁板和加筋骨材峰值应力关系。参考典型船体结构局部应力计算经验公式形式,利用最小二乘法,拟合了加筋壁板及骨材峰值应力部分经验公式。此外,讨论设备重力和摇摆惯性力对结构峰值应力的影响。结果表明,利用典型船体结构局部应力计算经验公式形式能有效实现复杂开口群峰值应力经验公式拟合;设备重力及摇摆惯性力对开口群结构峰值应力影响不大。     

船舶几种浮态下阻力的数值计算方法

商船会因装载不同而吃水大幅增减,舰艇会因战损而出现严重纵横倾,如何在浮态急剧变化时估算船舶的快速性,是一项具有普遍意义的课题.为了解决上述问题,采用计算流体力学方法对某型船模进行了大量计及自由表面的不同浮态下的阻力数值计算,在深入分析船体浮态改变时影响船舶阻力诸因素的基础上,对数值计算结果进行了研究,推导出船舶吃水、纵倾和横倾变化时的阻力估算公式.据此进行的数值计算结果与水池试验结果对比,吻合良好,从而验证了提出的计算模式的可行性,为解决船舶任意浮态下的阻力计算问题提供了新的思路.     

破损船舶的拖航研究

由于无有效的拖航方法，如“开拓者”号那样的原油泄漏事故在过去屡有发生。在“Braer”号油轮的原油泄漏事故中，由于主机发生问题导致拖航失败，致使该船漂浮到苏格兰海岸，造成95000千升原油泄漏。日本需输入大量原油和液化气，也需运输和输出国内生产的化学品，海域是原油运输的主要航道，因此，日本和外国油船的来往非常频繁。而且，日本四周海域的波浪，特别在冬天是十分大的，这可能会导致油船老化破损或使主机发生故障。这些遇难船舶的某些部分将会引发原油泄漏、碰撞、污染或火灾等事故。为了建立估算拖力的方法和确定拖航方法，本文在拖航试验中采用几何形状相似的船模研究了损伤船舶和破损船舶的拖缆张力及其不稳定运动。拖航试验是在静水和波浪两种情况下进行的。在静水状态下比较了不同拖航方向、拖速、船舶破损状态和拖点等工况的拖航阻力系数。文中还将破损船舶在规则波中与横荡、艏摇幅值以及艏摇周期有关的不稳定运动与静水中的船舶运动进行了比较。经研究发现，在波浪中拖航速度低于6kn时破损船舶的不稳定运动与静水状态相比是较小的。艏摇周期近似等于波浪周期，与拖航过程中的船舶破损状态无关。拖航阻力与拖速的三次方成正比，而不是与拖速的二次方成正比，尤其当拖航舱内进入大量水的破损船舶时更是如此。     

基于半经验公式方法的破冰船破冰阻力计算研究

传统Lindqvist半经验公式存在将不同船型阻力的计算结果均一化的缺点,本文基于船首不同区域的海冰破坏模式,采用船体纵向切片法对传统Lindqvist半经验公式进行了改进。通过将传统及改进后的半经验公式计算结果与模型实验结果进行比较,验证了改进的Lindqvist半经验公式计算结果的有效性和正确性。进而通过半经验公式计算方法,研究了船速和船舶吃水对船体所受破冰阻力的影响。结果表明,改进的Lindqvist半经验公式计算结果明显高于传统Lindqvist半经验公式,与实验值更为接近；船舶破冰阻力随船速呈近似线性增长的趋势,随船舶吃水的增加呈现减小的趋势。     

自升式平台运动响应数值预报

以作业水深45m的某自升式平台为研究对象,采用三维频域势流理论和谱分析的方法预报了自升式平台油田拖航,以及拖航就位后下桩过程中的运动性能。分析中横摇运动的粘性阻力采取计算船体莫里森力的方法模拟。     

75000 t散货船阻力预报方法

对用于船舶阻力研究的经验公式估算、船模试验和CFD数值计算3种方法进行介绍,并以75 000 t散货船为例讨论这3种方法的预报阻力可行性,计算结果表明,CFD计算阻力与试验值相比误差较小,经验公式计算需要根据目标船型选取合适的计算公式或图谱,并对其进行修正。     

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。     

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。     

海浪载荷干扰下舰船阻力特性数学建模分析

为了提高舰船纵向角速度计算准确性,缩短阻力特性分析时间,提出在海浪载荷干扰下,舰船阻力特性数学建模分析。建立舰船动力学方程,并对惯性和船体坐标系进行转换,在此基础上,计算稳定风波和规则波干扰力和力矩,构建舰船阻力特性数学模型,计算船舶航行波浪荷载,建立风载控制方程,计算流体惯性力和力矩,得到附加动量和动量矩各分量。实验结果表明,此次研究的海浪载荷干扰下舰船阻力特性数学模型的舰船纵向角速度计算准确性较高,能够有效缩短阻力特性分析时间。     

破冰船阻力性能估算

在预测船体冰阻力数值方法中,有许多不同的公式可以用来估算不同冰况下工作的船体冰阻力。其中模型试验仍将是最准确的预测,但其他的一些方法也可以给冰阻力的估算提供依据。对破冰船的破冰方式在破冰过程中所受的阻力进行分析,探讨其在不同冰况下的冰阻力成分,分析各种冰阻力计算公式,然后对1艘破冰船进行实际计算,最后分析各公式计算结果以及各种方法的优缺点及适用范围。     

双体船不同状态流场特性与力学性能仿真

以双体船为研究对象,采用数值仿真法分析船舶运动阻力及其周围流场变化情况。首先将双体船设定为固定姿态,并采用紊流模式进行船舶相对运动流场数值仿真计算,然后运用滑移网格技术对船舶进行俯仰、起伏运动模式下的绝对运动流场分析,以探讨船体姿态变化对船舶流场及阻力的影响。结果表明：运用CFD数值仿真结果与实验值相吻合,船体六自由度计算模式可接近船舶真实的运动状况,加入波浪运动后船体阻力变化的数值计算结果接近实船的阻力测量值,验证了该方法的有效性。     

大方尾三体船型阻力及航态预报

现代船舶无论是单体船型还是多体船型,方尾都得到了广泛的运用,尤其对于三体船型,其多为喷水推进系统,船型设计时主体大多采用了较大方尾的设计。方尾船型在航行过程中,方尾后流场及出水情况随航速不断变化,这也一直是方尾船型阻力预报过程中的重点与难点。基于改进后的近场兴波方法,并对方尾后区域采取特殊处理,结合近水面网格快速划分的方法,对方尾船型的兴波阻力及航行姿态进行预报。得到不同航态下湿表面积后,预报船体总阻力。结合经验公式对低航速下的方尾静水力进行估算。以具有较大方尾的某三体船型为例进行计算,并将计算结果与实验值及部分软件参考结果进行对比,证明了理论方法可行有效。     

船体阻力计算中模型常(系)数的敏感性研究

在湍流模型方程的模型化过程中,引入了有一定取值范围的模型常(系)数。这些模型常(系)数的推荐值是否适用于船舶阻力的数值计算还有待确认。文中选取常见的标准k-ε和k-ω二方程湍流模型作为研究对象,变动湍流模型中的常(系)数并用于Wigley船型和数学三体船型的阻力计算。从文中的数值计算可以看出:分别修正标准k-ε模型中的5个系数均不影响船体压阻力分量;除模型系数σk外,其他4个模型系数的修正对船体摩擦阻力有不同程度的影响。修正k-ω模型中的3个模型系数对压阻力分量无影响;对摩擦阻力分量有不同程度的影响。研究表明采纳这两种湍流模型用于船体阻力性能研究时船体摩擦阻力分量的计算值受模型常(系)数变动的影响不能忽略,而船体压阻力的计算结果对模型常(系)数不敏感,各模型常(系)数的推荐值对船体压阻力的计算具有鲁棒特性。文中研究有助于明确湍流模型常(系)数在船舶阻力性能研究中的适用性,而且有助于理解数值计算中湍流模型导致的误差和不确定因素。     

基于CFD数值的模拟船/桨相互干扰流动

基于计算流体动力学(Computational Fluid Dynamics,CFD)方法对船/桨相互干扰流动进行数值模拟研究。对国际标模韩国船舶与海洋工程研究所的集装箱船(KRISO Container Ship,KCS)静水中阻力和自航进行计算,分析螺旋桨抽吸对船体表面压力分布和船体阻力的影响。对MRF(Moving Reference Frame)法和滑移网格法2种螺旋桨处理方法的数值计算精度进行对比分析。结果显示:利用MRF法和滑移网格法得到的推力及扭矩比较一致,但利用MRF法得到的船体阻力偏大,自航因子的计算误差较大,相对而言利用滑移网格法得到的自航因子能与试验结果较好地吻合。     

船舶拖锚对海底电缆埋深的影响

针对工程船舶常用的大抓力锚,考虑拖锚啮土深度和影响范围,确定海底电缆的最佳埋设深度。采用模型试验和数值模拟的方法分析拖锚过程中船锚的啮土轨迹;基于室内模型试验结果并结合船锚尺寸,提出船锚啮土深度与影响范围的理论计算方法。理论计算结果和数值分析结果与模型试验实测数据吻合良好,验证了理论算法和数值模拟方法的可靠性。