势流理论在液货船船体与液舱晃荡运动分析的应用

本文研究势流理论,着重分析船舶水动力模型并给出横浪中船舶横摇响应曲线,构建脉冲响应模型,分析船舶垂荡运动脉冲响应曲线;对船舶液舱晃荡运动进行仿真分析,分析船舶横摇情况下波面升高变化曲线以及压力曲线;对液舱晃荡和船体耦合运行进行仿真分析,根据一定的尺寸比构建船舶模型,并给出船舶横摇衰减曲线,同时对船舶模型加载横浪和迎浪2种工况下的负载激励,并进行船舶运动和液舱晃荡的耦合运动时域解算分析。

基于势流理论的波浪能装置输出功率最大化研究

过去,波浪能发电装置依照能量转换方式的不同可以分为三类:振荡水柱式、振荡体式、越浪式。目前,各国现有的波浪能海洋浮标普遍存在体积小、结构简单、供电低的缺点,导致生存能力和承载能力较差,大大限制了浮标的可靠性和应用范围。与大型波浪能装置或其他海上设施相比,振荡体类型体积小,耗电量少。海洋中有足够的波浪能来提取它。波浪动力浮标几乎可以部署在所有海域。因此,开发振荡体式波能发电装置是解决海洋浮标供电问题的有效途径。本文研究一种搭载PTO能量输出系统的振荡浮子式波浪能装置,在不同激励条件下的动能响应以及能量转换,并建立出一种普适性系统模型,并通过局部遍历寻优算法,得到系统最大功率时的阻尼C = 10,000。

基于势流理论的回转体并联入水双空泡演化动力学研究

两回转体并联入水过程中,双空泡在空间上相互干扰,使得单个入水空泡呈现非对称特性.本文基于势流理论,在现有二维轴对称入水空泡计算模型的基础上,对空泡干涉区域的三维流动进行简化,将相对流动对空泡发展的约束简化为约束势,分析了两回转体轴线内外两侧的空泡形态变化;基于非线性假设,引入影响函数,给出了空泡在三维空间演化的计算模型,并分析了同步并联入水过程空泡的三维演化特性.结果表明:回转体入水过程流场速度势可以看作由一个随回转体运动的点源和位于空泡轴线处的线源叠加产生;在并联入水过程中,双空泡演化在空间呈镜面对称,空泡间的相互扰动可以通过引入有势壁面进行分析;并联入水空泡半径随极角的变化与空泡截面所处深度有关,在靠近闭合点附近的抑制演化区空泡截面半径随极角的增大而逐渐减小,远离闭合点处的抑制演化区空泡截面半径随极角的增大而增大,空泡加权半径规律相反.

基于三维势流理论的耐波性数值预报

准确预报船体运动响应对于砰击等波浪载荷的计算以及合理结构设计具有重要意义。船舶在大幅波浪中的运动呈明显的非线性,而现阶段耐波性预报多采用线性切片方法。三维水动力分析软件WASIM基于时域势流理论,采用Rankine面元法预报船舶在波浪中的运动响应,并考虑了多种非线性因素。本文以标模DTMB5512为对象,采用WASIM预报其在不同航速下的耐波性,并与基于线性切片理论的计算结果和模型试验结果进行对比。结果表明:利用WASIM计算得到的船体运动响应比其他方法更接近试验值,合理体现了船舶在风浪中的实际耐波性能。因此,利用WASIM能够较好地评估船舶在波浪中的非线性耐波特性。

基于势流理论的门桥兴波阻力计算

提出了门桥漕渡水阻力计算 ,特别是兴波阻力计算的新方法。该方法基于势流理论 ,考虑门桥的漕渡速度和水流速度 ,通过坐标变换 ,确定了速度势的适定性条件。并选择合适的格林函数满足除门桥湿表面以外的其他定解条件 ,则场内的速度势只要由这一格林函数及其法向导数在门桥的湿表面上分布即可决定 ,大大降低了计算工作量。最后 。

基于势流理论的螺旋桨效率-噪声样本分析方法

为了提高效率、降低噪声,螺旋桨设计需要在精确的性能预报基础上,平衡不同参数对设计目标带来的影响。本文以面元法为主要手段预报CLT桨的水动力性能,并引入噪声模型进行噪声预报。整个过程以4叶CLT (Contracted and Loaded Tip)桨—P1727桨为母型桨,在螺距比为原桨螺距比0.9~1.2倍范围内,考虑3叶、4叶、5叶三种叶数形式,最终计算100个设计桨案例的水动力性能和噪声性能。设计桨最终满足某中型船的推力要求,并寻找螺旋桨最小叶尖涡流噪声-最大效率解集。计算结果表明,在固定推力值的情况下,螺旋桨叶数与噪声成反比趋势,效率与噪声性能受螺距比影响,并呈现出一定的规律性。对于高效桨P1727而言,改变螺距比与叶数会使效率与噪声存在一定的平衡范围,可以应对不同的设计要求。

势流理论的一种数值方法在空泡形态中的应用

基于势流理论的假设,采取常规边界元法对具有自由面的定常平板和轴对称空泡流动数值方法进行了研究,运用Riabounchinsky镜像空化模型,建立了一种空泡自由面求解的优化迭代方法,以自由流线长度为参数求解模拟了定常无重工况下流经二维平板和轴对称圆盘的空化流动。数值计算结果与解析解的相对误差不超过3%,证实了轴对称体空泡外形的近似回转椭球体假说在空化器附近是不成立的。计算结果与同类文献数据的对比显示了边界元法进行空化流场计算具有着显著的优越性,所采用的迭代方法精度高、收敛速度快,所得结论对深入了解空化特性具有参考价值。

基于势流理论的双艉船型阻力计算研究

双艉船型是一种高效节能船型,为了评价其阻力性能,以势流理论为基础,采用Rankine源法来计算带双尾川江2000吨级成品油船的兴波阻力,根据三因次换算法获得总阻力,通过与试验值相比较表明,数值计算得到的阻力系数、波高和波形图能够较好地反映实际船体的兴波情况。

势流理论在无线传感器网络多径路由协议中的研究

针对网络规模不同的无线传感器网络,提出了一种基于势流理论模型的多径路由协议。将传感器网络中数据包的传递看作是流场中随流体运动的流体元素。在流场中,流体从点源流出而流入汇聚点,即点汇;网络中的源节点相当于势流理论中的点源概念;而汇聚节点相当于点汇的概念。数据包从源节点(点源)发出而经过路由后到达汇聚节点(点汇)。理论分析和仿真结果表明,该方法在通信中使用较少的能量,有较高的网络成功率,能有效地延长网络的生命周期。

基于势流理论的渡槽结构动力特性对比分析

推导了基于势流理论的流固耦合系统的有限元基本方程,对两种U形截面(底部加厚和不加厚)的渡槽结构进行了动力特性计算和对比分析.在动力特性分析模型中,水体采用势流体模型进行模拟,考虑了流固耦合作用对渡槽结构的影响.通过对比分析得出:不同水深对两种U形截面渡槽的振型影响均表现在左右两槽横向反向弯曲振动上;底部加厚截面渡槽的横向刚度比底部不加厚截面渡槽的大,这使其能够承受较大水深水体的作用;底部加厚截面渡槽,由于底部纵向预应力筋张拉方便,因而被实际工程设计所采用.

基于势流理论和OpenFOAM的耦合模型对多向不规则波浪的模拟

基于势流理论的数值水池可以快速计算波浪的传播及其对建筑物的作用,但是势流理论是基于波浪的无黏性假设的,而在工程中,通常需要在固体边界及波浪破碎的区域考虑黏性效应。针对基于求解Navier-Stokes方程的黏性水池计算量较大、速度较慢的缺点,采用耦合的方法模拟多向不规则波浪的传播,即在外域通过基于势流理论的数值水池产生多向不规则波浪,内域采用求解Navier-Stokes方程和流体体积法(VOF方法)对自由表面进行追踪,通过外域所提供的边界波浪,内域计算可以在较小区域进行计算,从而达到减少计算量、提高计算效率的目的。

基于势流理论的KCS集装箱船参数横摇分析

参数横摇是第二代完整稳性五种失效模式之一,一直是船舶稳性研究的热点。通过数值计算与试验对比,验证了基于三维势流理论的KCS集装箱船规则波中运动响应模拟方法的可靠性。然后对目标船在规则波中不同初始横摇角、航速、波长和波陡情况下的横摇运动响应进行研究。结果表明:初始横摇角的大小不影响船舶发生参数横摇时的横摇幅值,但影响发生参数横摇现象的速度;随着航速的增加,横摇阻尼迅速增大,发生参数横摇的临界波陡也在增大,且随着波陡的继续增加,横摇幅值会有略微下降的趋势。

基于三维势流理论的深远海养殖工船耐波性能分析

深远海养殖工船是典型的具有自航能力、长期系泊在固定海域作业的工程船舶。由于作业工况的多样性,养殖工船的耐波性能分析比普通船舶更为复杂。以养殖工船实际设计项目为依托,基于三维势流理论,分别对养殖工船自航工况及系泊作业工况下的耐波性能进行研究,继而结合对频域和时域的仿真分析,以人员安全、设备安全及养殖安全为指标,对养殖工船耐波性能进行评价。结果显示:在1~5级海况下船体耐波性能表现良好,可以有效保证各项安全指标,在6级海况下,船舶的摇摆角度超出限值,此时应通过运营管理或加装减摇装置进行处理。初步构建了系统的养殖工船耐波性能分析方法及评价体系,可为其他养殖工船项目耐波性能的设计及优化提供参考。

基于势流理论的跨海桥箱梁斜向波浪荷载作用研究

为分析斜向波浪对跨海桥箱梁的影响,提出斜向波浪作用下跨海桥箱梁所受波浪荷载的理论计算方法。该方法基于势流理论建立斜向波浪-桥梁作用的数学模型,利用特征展开匹配法及伯努利原理计算箱梁所受的斜向波浪荷载。以平潭海峡公铁大桥为背景,对比分析淹没状态下箱梁的无量纲波浪荷载理论计算值与水槽试验值,验证所提出理论计算方法的准确性,分析波浪入射角和结构几何特征参数对斜向波浪荷载的影响规律。结果表明:所提出的跨海桥箱梁斜向波浪荷载计算方法准确、高效;波浪入射角对箱梁所受波浪荷载有显著影响,由长周期波浪引起的垂直波浪荷载对入射角的变化更为敏感;在斜向波浪作用下,结构的几何特征对箱梁所受水平方向波浪荷载的影响更为显著。在跨海桥箱梁设计时,建议考虑结构尺寸与斜向波浪入射角对波浪荷载的影响,通过结构优化与合理的桥位布置来降低波浪荷载对桥梁上部结构的影响。

基于势流理论的大型船舶最小装机功率波浪增阻预报

IMO组织对于船舶最小功率要求提出了严苛要求,为求得船舶最小功率要求需要计算船舶在极端海况下受到的总阻力,其中波浪增阻的计算最为困难。目前广泛采用的CFD方法在计算VLCC这类超大型船舶的波浪增阻时效率较低。为快速准确计算这类船舶的波浪增阻,本文以32万吨VLCC为例,利用水动力计算软件Aqwa分别计算出其在静水及波浪环境下受到的阻力,通过两者相减得到波浪增阻。与模型试验结果相比较发现,采用三维势流理论预报波浪增阻计算效率高且结果准确,可作为此类船舶开发前期的波浪增阻预报参考。但在单独计算静水及波浪中阻力时误差较大,不建议采取这一方法。本文验证了这一方法在低Frude数时的准确性,高Frude数时这一方法是否有效还需进一步验证。

基于三维势流理论的新型养殖半潜平台水动力特性

基于三维势流理论对我国某沿海新型养殖半潜平台的水动力性能进行计算与对比研究,通过ANSYS软件的AQWA模块计算目标平台在频域下的附加质量、势流阻尼系数以及运动响应幅值(RAO),并分析其变化特征。通过分组对比数据,总结黏性阻尼值对RAO峰值的影响规律。结果表明,黏性阻尼对新型养殖半潜平台运动响应幅值有较大影响,在分析水动力性能时不能忽略,且文中的计算方法对实际工程设计有一定指导作用。

基于势流理论的浮式潮流能电站载体耐波性分析

基于三维势流理论,考虑水轮机对载体的影响,运用Hydrostar计算评估某浮式潮流电站载体的耐波性.并结合潮流电站工作当地极限海况,对该载体的耐波性进行短期预报.计算结果表明,该潮流电站浮式载体横浪状态下横摇响应大;在迎浪状态下,潮流电站浮式载体最容易甲板上浪.

任意翼剖面势流理论的近似解

本文用保角变换法求解不可压、二元剖面势流问题,在求变换函数的过程中作了近似的变换处理,其方法的主要特点是获得了对任意翼型表面的速度和压力分布的近似解析表达式。为了区别其它有关计算方法,特将此方法取名为“R”近似计算方法。文中利用所推导的V、P的解析近似表达式,对任意对称翼型“薄翼”剖面翼型和任意非对称翼型作了计算,并与传统近似解和试验结果作了比较,从而证明本文所提出的“R”方法与试验结果能够很好地符合。

基于三维势流理论的浮托驳船安装设计

在三维势流理论的基础上通过边界条件和控制方程分析流体入射势、辐射势、绕射势等3种速度势,引入悬链线法和集中质量法建立关于浮托安装进船、浮托安装退船、驳船就位停泊等3个阶段的驳船船缆耦合运动模型。当波浪方向为270°时停泊就位阶段最大系泊缆张力达176.67 t,对应的系泊缆为左舷艉部,此时安全因数最小(2.16),系泊缆设计张力为185.20 t。在进船阶段艉部系泊缆张力在3个阶段依次减小,舯部和艏部系泊缆张力在3个阶段依次增大。集中质量法求得的和MOSES软件得到的进船和退船系泊缆张力误差分别为2.3%和5.6%。研究设计的浮托驳船安装系泊运动计算模型适用于不同工况下的系泊缆张力。

基于势流理论的两种U形截面渡槽结构静力对比分析

本文分别对槽底加厚(截面A)和不加厚(截面B)U形截面渡槽结构进行了静力有限元计算,考虑了空槽、半槽和满槽水深三种工况,得出了一些它们在静力作用下的变形和受力特点,分析结果可以为渡槽结构截面形式合理性研究及其工程应用提供参考。