船舶运动与液舱晃荡耦合频域计算方法

[目的]随着载液船舶(LNG,FPSO,FLNG等)的大型化以及对作业效率和作业安全性要求的不断提高,液舱晃荡以及由其引起的船舶运动问题愈发严重。为有效解决该问题,[方法]首先,基于三维势流理论和波浪辐射绕射理论,采用高阶边界元法开发波浪与三维结构物作用的计算程序,选取某艘FPSO船型,将本程序的计算结果与采用水动力计算软件AQWA,HYDROSTAR所得结果进行对比,验证程序的准确性;然后,将液舱晃荡水动力系数的频域求解方法与船舶运动的频域求解方法相结合,建立考虑液舱晃荡影响的船舶频域运动方程,获得耦合液舱晃荡后的船舶运动响应;最后,以一艘加载了2个液舱的FPSO船型为例,论证该计算方法的准确性。[结果]通过对比液舱不同装载下的船舶运动响应,发现存在着船舶的横摇共振频率出现偏移、耦合横摇运动幅值存在多个峰值,以及液舱装载不同对船舶运动的影响也不同等现象。[结论]所做研究可为载液船舶运动响应设计提供参考。     

FPSO液舱晃荡与船舶时域耦合运动数值模拟

液舱晃荡对船舶运动产生的影响经常被忽略或线性化处理,而当液舱液量较低时,船舶运动与液舱晃荡耦合的非线性性是极为显著的。通过对加入液舱内液体粘性影响的时域方程进行求解,分析FPSO模型船舶与液舱晃荡耦合运动,并将求解结果与试验数据和频域方程求解结果进行对比。首先,采用Hydrostar软件基于频域势流理论得到水动力系数以及波浪载荷。然后,通过脉冲响应函数法(IRF)在时域积分得到波浪辐射力。最后,计算船舶与液舱晃荡耦合运动。一方面,通过CFD软件Fluent模拟液舱晃荡,获取晃荡所产生的力及力矩,并以外力形式加载于船体,得到船舶运动响应;另一方面,在船舶运动仿真计算结果的基础上求解液舱晃荡运动。结果显示:这种计算船舶与液舱晃荡时域耦合运动的方法较频域计算方法更为精确,且得到的船舶幅值响应算子(RAO)也符合试验结果。     

FSRU船舶运动与液舱晃荡的耦合分析

文中基于线性势流理论,对规则波中带液舱的FSRU船舶进行运动响应分析,考虑液舱晃荡与船体运动的耦合,得到6个自由度下的水动力系数和运动响应理论值.同时应用由BV开发的高效率水动力分析软件Hydro STAR,研究考虑液舱晃荡时FSRU运动响应,求得各自由度运动响应算子RAO.最后,比较了考虑液舱晃荡与不考虑液舱晃荡时,FSRU运动响应的变化;在此基础之上讨论了液舱载液率和液舱布置对FSRU运动的影响.     

基于AQWA的旁靠油轮水动力相互作用研究

船舶旁靠系统的水动力响应是一个非常复杂的工程问题,系统中每一个结构的动力响应会受到其他结构的耦合影响。针对两旁靠FPSO和LNG运输船组成的旁靠系泊系统,基于三维势流理论,应用多体水动力学软件AQWA,在考虑两船间水动力相互作用的情况下,计算两旁靠船舶所受到的波浪载荷,并与不考虑两船水动力相互作用的计算结果进行对比分析。结果表明,旁靠系泊系统水动力相互作用是不可忽略的。同时也分析了不同旁靠间距对水动力性能的影响,结果发现旁靠间距只在中高频段时对水动力性能的影响较大。研究结果可为旁靠系统系泊方案的设计和研究提供一定的参考。     

静水中破损液舱摇荡特性试验

载液船舶破损后涉及液舱进水、泄漏、晃荡等复杂水动力耦合运动问题。通过液舱破损模型试验,对其静水中的自由横摇衰减运动进行分析,研究了不同初始横倾角、不同载液率对横摇、垂荡以及舱壁压力的影响以及运动响应与压力之间的关系。通过试验发现：浅水工况（12.5%载液率）下,液舱的运动响应最为剧烈;破口一侧下沉的扰动会造成更大运动响应以及舱壁砰击压力;舱壁砰击压力的相位与液舱横摇运动相位几乎一致。     

液舱晃荡与FPSO波浪运动相互耦合时域分析

浮式生产储油轮（FPSO）长期在外海作业,其液舱晃荡现象始终存在。文中对船体外流场采用非线性势流理论,对液舱内流场采用线性势流理论,应用脉冲响应函数法,基于法国船级社（BV）的综合性水动力分析软件HOMER,计算了FPSO在考虑液舱晃荡作用下的时域运动响应,并对晃荡压强进行对比分析。结果表明：液舱晃荡对FPSO运动具有一定的影响,且该影响在迎浪船舷的运动上更为明显,同时迎浪船舷液舱晃荡产生的压强也更大。     

FLNG系统进行旁靠卸载作业时的水动力性能研究

针对大型浮式液化天然气(FLNG)系统与液化天然气(LNG)运输船以旁靠方式进行LNG卸载时的船体的水动力性能开展了水池模型试验。实验全面考虑了近靠物体之间的水动力耦合,以及船体与系泊系统及连接系统之间的耦合。通过水池模型实验得到了在风、浪、流共同作用下FLNG船体的运动响应情况、FLNG与LNG运输船间的相对运动情况、系泊系统的受力情况、两船之间连接系统的受力情况。借助统计分析手段对实验数据进行分析研究,讨论了FLNG进行旁靠卸载作业时的水动力性能。     

FPSO串靠外输作业水动力耦合响应分析

FPSO与穿梭油轮串靠外输作业时两船体之间的相互作用较为复杂,基于多体水动力学方法对两浮体的运动响应进行分析.应用水动力学软件ANSYS-AQWA建立耦合响应分析模型,计算单点系泊FPSO与穿梭油轮之间的水动力影响.通过时域分析得到不同风浪流组合工况下系泊锚链与浮体之间系泊大缆的张力变化曲线,分析张力及大缆的变化特性,为串靠外输作业提供参考依据.     

考虑液舱内部水动力的FPSO波浪载荷研究

为研究液舱内液货自由面水动力效应对船体波浪载荷及船体运动的影响,基于一艘15万吨FPSO,选取液货舱原始布置形式下两种典型装载工况以及一组具有不同长度中部半载液舱的FPSO液舱分布模型,分别采用准静态方法和全动态方法对船体波浪载荷及运动进行计算。结果表明,使用准静态方法进行波浪载荷预报具有工程可靠性,中部半载液舱长度对船体波浪载荷及运动有一定影响。     

规则波作用下养殖工船的运动响应特性

采用模型试验和计算流体力学（CFD）方法对一艘新型深远海养殖工船在规则波下的运动响应特性进行研究。针对载液率为81.5%的满载工况，将养殖水体替换为固体，探究自由液面对运动响应的影响；考虑载液率为81.5%和47.4%的2种载液状态，分析载液率对运动响应的影响。结果显示：数值计算结果与模型试验结果吻合良好；自由液面效应和较高的载液率均增大了横摇运动固有周期，减小了横摇运动响应幅值算子（RAO）峰值；自由液面效应和载液率对养殖工船的纵摇运动影响不大。     

船舶进出船厢下沉量预测

由于升船机承船厢断面系数较小,船舶进出船厢是一个复杂的三维水流与船舶运行耦合的问题,水力学问题十分复杂。需要根据船舶航行下沉量制定合理的船舶吃水控制标准和船舶航行方式,防止船舶发生触底以保障船舶航行及船厢对接安全。首先介绍了船舶进出船厢过程中船舶航行特性,分析船舶下沉量的主要影响因素,概述前人进行的理论分析和公式推导,总结相关经验公式。其次,针对船舶进出船厢这一过程,对比分析了各经验公式的计算结果。最后提出未来船舶进出升船机船厢下沉量研究工作的方向与内容。     

集装箱船自适应舱群配载优化算法

传统船舶舱群配载算法在集装箱分布排列最优计算过程中,忽略了空间分布的约束条件,导致计算结构的适应值非最优值,降低了船舶空间使用率,增加了船舶运输成本的投入。因此,提出集装箱船舶自适应舱群配载优化算法研究。通过建立船舶舱群配载约束条件模型、配载分布数据模型与自适应优化模型,完成对集装箱船舶舱群配载过程中集装箱分布适应量的约束优化,通过对分布适应函数量的条件约束,获得分布最优量,完成优化计算。通过仿真对比实验表明,提出的集装箱船舶自适应舱群配载优化算法,在集装箱舱群配载仿真测试中的配载量大于传统算法的配载量,提出优化算法效果明显,符合实际要求。     

船行波对系泊船的影响分析

介绍船行波的两种算法,着重运用Flory-Remery算法通过OPTIMOOR系泊软件,结合巴基斯坦某港7.5万吨级煤码头,分析临近进港航道建设码头泊位时船行波荷载对码头泊位上系泊船的影响,并提出不影响系泊船正常作业的临界航速,供类似工程参考。     

一种省水、节能兼具船闸和升船机功能的通航设施

现有通航设施通常指船闸或升船机，船闸通行效率高，但耗水较多，升船机不耗水，但通行效率低，结构复杂。因此，针对现有通航设施的局限性，本文提出一种新型水力升降机，应用于通航设施，可最大限度省水节能且具有良好通行效率，该通航设施采用竖井内升降机(母船)承载通航船舶(子船)的模式实现升降，子船停泊在母船甲板上的池内，当母船升降至池内水位与上下游水位齐平时，池内船舶便与上下游船舶进出交换，达到上下游船舶通航的目的。该通航设施可兼具船闸和升船机功能，具有良好的通用性和适用性。     

船行波对双船系靠LNG泊位系泊稳定性的影响

双船系靠LNG泊位对系泊稳定性要求高,而目前尚无船行波对双船系靠泊稳定性影响的定量分析方法。结合工程实例,以Flory-Remery单船系泊船行波荷载计算方法为基础,结合双船系靠泊位的特点予以修正,利用数值分析软件定量分析船行波过程对双船系靠泊位系泊稳定性的动态影响。结果表明,典型系泊条件下,双船系靠泊位系泊倒缆受力及纵移运动量受船行波影响最大,当船行波与系泊船间距50 m时系泊稳定性不满足要求;当船行波与系泊船间距100 m时系泊稳定性满足要求;当船行波与系泊船间距150 m时系泊稳定性基本不受船行波影响。     

舰船装备安全性与生命力对比分析

近年来舰船安全性与舰船生命力一样越来越得到重视。为了更好地进行舰船安全性设计,在分析舰船安全性和生命力的内涵、技术途径与设计方法的基础上,从特点、作用条件、作用时段、作用范围、度量指标、实现途径和方法等方面对二者进行了对比分析,说明二者既有区别,又有共同点,而且密切相关。在舰船装备研制中除了并行开展设计、研究和验证工作外,还需要以事故风险为核心开展共性研究,以便系统地解决舰船安全性和生命力问题。     

码头内大型船舶双船系泊方案研究

为了保障在台风等恶劣海况下码头系泊的安全性,尤其是处于中间位置船舶的系泊安全问题,有必要对其进行抗台风码头系泊方案研究,以确保码头双船并排系泊在台风等恶劣海况下的安全性。码头单船的常规系泊问题在现阶段已经有了较为成熟的研究,主要依靠数值模拟仿真以及模型试验,可以得到一套比较完整的系泊方案。码头双船系泊问题在现阶段的研究相对较少,鉴于双船码头系泊对单船码头系泊在系泊形式、水动力特性等方面存在较大的区别。码头双船并排系泊的特殊性需要重点研究,分析设计方案可能存在的问题,为以后的码头多船并排系泊问题提供有价值的参考。     

船舶设计中船东意见的管理和跟踪控制方法研究

船舶设计工作实际上是在船东和船厂互动过程中完成的,正确、合理、及时地处理船东意见是一项十分重要而且需要技巧和耐心的工作。文章从技术和经济角度,阐述了在船舶设计中要高度重视船东意见,包括船东对技术规格书的意见、船东对详细设计图纸的认可意见和船东代表现场意见等,并对如何管理和控制船东意见提出了自己的见解。     

考虑船舶航速的集装箱班轮燃油补给策略

针对集装箱班轮运输中船舶燃油补给问题,分析船舶航速变化对燃油消耗产生的非线性影响,推导出船舶航速与船舶往返时间及船舶油耗之间的关系式,以连续多航次船舶燃油补给总成本最低为目标,加油港与加油量为决策变量,建立周计划内考虑航速的集装箱班轮燃油补给混合整数非线性规划模型.根据模型特点,利用分段线性逼近函数对模型进行等价转换.以某航运公司的亚欧单航线为仿真实验,依次分析港口时间窗、船舶类型、燃油价格及船舶油舱容量等因素对船舶燃油补给策略的影响.结果表明:该模型可以同时决策船舶加油港的选择、加油量的大小及航速的调整,比传统模式更能节省油耗和成本.     

起重船在犍为船闸检修中的应用

针对山区河流大型船闸检修问题,从投资性价比、共用性、便捷性等方面对检修闸门形式和起吊设备进行比较,从而确定犍为船闸“浮式叠梁检修门+起重船”的检修方案。详细描述犍为船闸检修的特殊性,并开展起重船在犍为船闸检修中的吊装工艺流程研究。通过经验总结、边界条件模拟等方法得出起重船在吊装超大型浮式叠梁检修门中的关键控制要素。详细介绍了起重船在山区河流大型船闸中起吊检修闸门的应用,为类似大型船闸检修提供了经验和借鉴。