X舵与十字舵水下航行体水动力系数的对比

为了满足工程上水下航行体X舵水动力构型快速设计需求,需掌握X舵的操纵水动力特性,并建立适用于X舵水下航行体的水动力系数预报方法。本文采用数值模拟的方法,对比研究十字舵和X舵水下航行体的水动力系数和压力分布特性。结果表明,设计参数相同的情况下,有围壳、无围壳2种模型下X舵的动稳定性系数均低于十字舵,围壳对上方向舵和X舵的压力分布影响均在舵板前缘区域,约为舵板弦长的20%,且围壳对十字舵水动力系数和压力分布的影响均大于X舵。在此基础上,通过不同展长方案下十字舵和X舵水下航行体的线性水动力系数数值研究,得到X舵与十字舵水下航行体水动力系数之间的比例系数,从而提出基于十字舵水动力系数和X舵与十字舵水动力系数的比例特性实现X舵水动力系数快速预报的工程方法。

便携式AUV水动力系数数值模拟

使用新一代流体力学软件STAR-CCM+数值模拟获取水动力系数。通过直航、斜航运动和小幅值平面运动模拟计算出AUV的粘性水动力系数和惯性水动力系数。数值计算的水动力系数分别与REMUS 100实际系数进行对比。总体来说,计算值与REMUS 100的实际值符号都一致,且都在一个数量级上,计算结果具有一定的可行性。根据计算误差,从数值计算的原理出发,分析数值计算误差主要来源于振荡频率、时间步长、边界层和网格划分等相关设置。在纯横荡运动计算中,对不同的振荡频率组数值模拟,初步表明,采用低频振荡的数值计算有助于提高水动力系数的计算精度。

系泊缆水动力系数和波浪参数对FPSO运动的影响

作为海上油气开发的主要设施,浮式生产储油卸油平台(FPSO)受到了研究人员和工程技术人员的高度重视。依靠自开发的时域分析代码研究系泊缆水动力系数和波浪参数对FPSO运动的影响。为验证该代码的准确性,采用水动力分析通用软件—AQWA进行FPSO运动对比研究。在不规则波浪条件下,发现由代码和AQWA得到的结果吻合良好。并对FPSO运动做了系泊缆水动力系数和波浪参数的敏感性分析。结果表明,系泊缆水动力系数和波浪参数对FPSO的运动有较大影响。同时,由于转塔式系泊的配置,波频运动不受系泊线水动力系数的影响。该研究所得结论对于FPSO系统的初始设计具有一定的参考价值。

一种基于Stewart六自由度船舶约束模型试验平台的水动力系数测量方法

文中设计了一种基于Stewart六自由度并联机构搭建船舶约束模型试验平台.介绍了新型约束模型试验装置的工作原理并推导了试验台驱动腿与物理船模型的运动关系,在此基础上建立了水动力数学模型.对一个矩形框架和两个船模进行了约束模型试验,测量了模型的附加质量系数.将试验结果与理论值进行了比较,验证了该装置的可靠性.

水下滑翔机水动力系数数值模拟研究

采用三维Navier-Stokes方程开展了三维回转椭球体的垂荡及纵摇水动力系数试验数值模拟研究,在此基础上进一步开展了SUBOFF模型潜艇横荡及艏摇试验的数值仿真。分析了水下滑翔机垂荡、纵摇、横荡及艏摇实验的运动形式并推导了对应的数学方程,同时开展了水下滑翔机水动力系数数值预报仿真。结果表明,本文发展的水下滑翔机水动力系数数值模拟方法计算结果与实验结果对比一致,相关推导过程及计算方法对水动力系数数值预报方法有一定的参考借鉴意义。

浅水深对160kDWT FPSO水动力系数的影响

FPSO系泊于浅水中时,由于安全性问题,浅水深对其运动与载荷的影响正逐渐引起重视。本文利用三维线性势流理论和源汇分布法研究一艘160kDWTFPSO在浅水中的辐射问题,对不同水深下FPSO的水动力系数进行了数值计算。结果表明,浅水深时,一方面,3个垂向运动(垂荡、横摇和纵摇)附加质量有显著增加,特别是水深吃水比减小到1.3后,更是以几何倍数增长;另一方面,6自由度运动的阻尼系数均有明显增加,特别是横摇阻尼系数,随着水深吃水比的减小而成倍数增长。由于浅水中水动力系数的显著增加,FPSO垂向运动幅度也必将较大地趋于缓和,从而不易导致浅水FPSO碰底现象的发生。

潜器线性水动力系数计算方法研究

采用流体动力计算软件FLUENT,应用标准k-ε湍流模型、标准壁面函数法及动网格技术,计算了椭球体和潜器在纯升沉运动和纯俯仰运动中的水动力。通过傅立叶变换和线性假定条件,得到潜器惯性水动力系数和粘性水动力系数。椭球体附加质量的计算值与理论值吻合。计算结果表明,纯升沉运动和纯俯仰运动的水动力与运动无因次频率呈现较好的线性关系,间接验证了所提出的计算方法适用于复杂外形潜器的水动力系数计算。

Spar平台垂荡板水动力系数计算与分析

Spar平台带有厚度很薄的垂荡板,使用边界元方法计算时存在着准奇异积分的数值计算问题。采用自适应高斯积分法对其准奇异积分问题进行处理,较少单元即可达到很高精度。在势流理论下对Spar平台垂荡板的水动力系数进行了计算,并与实验结果进行了对比,发现真实流体中垂荡板的附加质量约为势流理论下附加质量计算结果的1.1倍,而辐射阻尼在总阻尼中所占的百分比很小,此时粘性阻尼成为垂荡板的主要阻尼来源,在工程设计中不可忽略。

浮体间距对多浮体系统水动力系数的影响

根据三维线性势流理论,采用格林函数法,对多浮体系统的水动力系数进行了数值分析。数值算例中给出了在固定波频下水动力系数与浮体间相对位置关系曲线。水动力系数的变化幅度随着浮体间距离增大而变小。随着浮体间距的变化,水动力系数极值的出现具有明显的规律,相邻的极大值(或极小值)的间距为半个波长或一个波长。

评估水动力系数对潜艇操纵性影响的一种方法

基于潜艇的空间运动方程,引入了敏感性指数的概念,选取水平面z型操舵机动、垂直面梯形操舵机动和水平面定常回转运动三种典型运动形式作为研究对象,就水动力系数对操纵性影响进行了评估,并通过对某型潜艇的仿真计算,验证了该评估方法的可行性。

气浮筒型基础结构垂荡水动力系数研究

筒型基础作为一种新型的基础形式已经广泛的应用于海洋资源的开发。在筒型基础作为边际油田开发的基础形式的背景下,基于"大尺度筒型基础的浮运拖航"关键技术,本文对筒型基础在海洋环境荷载作用下的运动响应进行了相应的研究和分析。通过引入考虑气垫影响的无因次参数α处理筒内气水界面的非线性边界条件,基于三维势流理论、采用半解析法的特征函数展开并匹配渐进法,得到气浮筒型基础结构的垂荡下辐射运动的基本规律。还以CBF-3-150海上风电复合筒型基础为例,应用上述理论,运用MATLAB编程平台编制计算程序,求解得出该结构的垂荡水动力系数。

潜器操纵性水动力系数的数值预报方法

论文提出了一种在三维操纵性数值水池中模拟测试潜器水动力系数的计算方法,以解决操纵运动数值计算中的精度和效率问题。研究采用与试验中潜器运动规律相匹配的移动网格技术,针对潜器斜航拖曳、纯升沉、纯俯仰和自由横摇运动等典型操纵性试验完成了数值计算,计算结果与模型试验吻合较好,研究表明,本文提出的方法适用于潜器操纵性设计预报,具有较强的工程实用性。

微型开架式水下机器人水动力系数测定

水下机器人水动力系数的准确测定,是对机器人运动进行仿真和控制的前提。以形状复杂的开架式有缆水下机器人(ROV)作为研究对象,通过一系列水动力试验,计算出适用于开架式水下机器人模型的几个重要的实时水动力系数,为自主遥控水下机器人(ARV)的运动仿真提供了数据支撑,进而为ARV的控制奠定了基础。

波浪要素对水平圆柱杆件水动力系数影响研究

通过试验研究了波浪要素对水平固定圆柱杆件水动力系数的影响。试验利用垂直杠杆原理,提取了杆件在波浪下的水平受力历时曲线,基于改造的莫里森方程,计算了不同波浪要素下的水动力系数C_D和C_M取值。定义分析了新的波高参数KH,周期参数KT和雷诺数Re对水动力系数的影响。研究表明,整体拟合法与四点拟合法获得的水动力系数在数值上差异不大。KH、KT及Re均对水动力系数的取值有较显著影响:1)随着波高KH的增大,C_D、C_M整体呈幂指数衰减,且C_M的衰减更为迅速;2)随着波周期KT的增大,C_D、C_M整体亦呈衰减趋势;3)相同波高条件下,C_M随Re数增大而增大,而C_D值相对稳定。最后给出了波浪条件下水动力系数C_D和C_M的经验计算公式。

波流相互作用对水动力系数的影响

基于分析物理机理，本文提出了一种切实可行的研究波流场中水动力系数的理论方法，同时对振荡流动中所得水动力系数如何应用于实际的波动情况进行了探讨，并与实验结果进行了比较。结果表明，通过对纯波时的水动力系数和纯流时的水动力系数加权平均，可以获得令人满意的波流共存时的水动力系数。

方柱水动力系数确定方法的探讨

方柱的绕流和圆柱的绕流有着明显的不同.在确定其水动力系数时如何选用波浪理论,以何种方法分析水动力系数较为适当是首先要解决的问题.本文基于实验资料对这二个问题进行了分析论证.结果认为选用线性被理论较为简单和适用,在正向力系数的时域分析中以最小二乘法为最佳,在频域分析中修正互谱法所得的正向力系数与重新定义的Kc数具有良好的相关关系.

海洋结构物小尺度桩柱的水动力系数研究与进展

本文主要归纳了基于Morison方程求解小尺度桩柱的水动力系数方面的研究成果。分别从单桩柱和群桩两个方面对水动力系数的研究成果,包括纯波、波流混合、横向力、直立桩柱、倾斜桩柱、复杂结构桩柱、粗糙度等进行了阐述,给出了在波流条件下水动力系数的变化规律;归纳了当前水动力系数的求解方法;介绍了在水动力系数的物模实验、数值仿真以及实验数据处理方法上的研究进展,并提出了相关研究的建议。

垂直桩柱正向波流力的计算及水动力系数C_D、C_M分析方法的探讨

文中首先综述了目前常用的水动力系数C_D,C_M的分析方法,并通过大量实验结果的分析对比得出,只要按本文所定义的KC数相同,则无论是纯波场,还是波流共存场,不管是规则波情况下还是不规则波情况下,都应具有相近的C_D、C_M值。文中还通过计算值与实验结果的对比,验证了本文所述波流共存场中不规则波情况下桩柱波流力计算方法是切实可行的。

数值波浪水池中船舶水动力系数测试与分析技术

以CFD理论为基础,建立了数值波浪水池,给出了一种基于三维数值波浪水池的船舶水动力系数测试与分析技术。对Wigley-III船模在数值波浪水池中受迫振荡进行了数值模拟,计算分析了船体垂荡、纵摇及纵荡运动的附加质量与阻尼,并与三维势流理论计算结果进行了比较,两者吻合良好。此方法能准确给出浮式结构物的水动力系数,细致描述船舶周围的流场,可广泛应用于船舶与海洋工程浮式结构物的水动力性能研究。

水下航行器水动力系数计算方法

为了高效地求取水下航行器的水动力系数,本文提出了一种空间拘束运动模拟方法。该方法仅需一次算例就可求得方程中的全部水动力系数,在保证计算精度的同时极大地缩短了计算周期。为了验证该方法的准确性,利用航行器完成了平面机构运动试验并模拟分析该试验的数值。2种计算流体动力学方法得到的水动力系数值接近。说明在设计初期,用空间拘束运动模拟方法代替现有的常规平面拘束运动数值模拟,快速求得设计艇型的水动力系数是可行的。此外,该方法的计算结果与水池试验数据的误差较小,进一步表明该方法的可行性。