双机组垂直轴水轮机水动力分析及其干扰规律

为探究双机组垂直轴潮流能水轮机的水动力特性及其干扰规律,基于计算流体动力学方法,对双机组水轮机在定常流下的水动力载荷进行数值计算;研究相对间距、初始相位角和相对偏移距离等参数对双机组水轮机水动力载荷和性能的影响,并分析其干扰规律。结果表明:相比单机组水轮机,双机组水轮机的平均能量利用率更高,并且随着相对间距的增加而逐渐降低;对称布置的双机组水轮机的旋转方式应设计为内旋,此时平均能量利用率最高,而机组侧向力相互抵消;不同旋转方式下均存在最佳的初始相位角和相对偏移距离,使双机组的平均能量利用率达到最大值。研究结果可为多机组垂直轴潮流电站设计的布置方案提供依据和参考。

大型船舶码头双船系泊水动力分析及系泊方案设计研究

本文以上海外高桥船厂的170,000t散装货船为研究对象,开展两船并排系泊系统研究,通过对港口及周边环境要素的研究,构建船舶的水动力计算与解析模型,开展相应的水动力学分析与计算,给出锚碇布置方式。本项目首先基于船体舾装数量的计算,给出一个简易的设计方案;其次,依据港口与船的护舷、锚缆配置、两船间缆索配置、锚缆预拉力等多方面的参数,对其进行数值模拟与分析,进而对其进行逐级优化,最后综合各因子的最佳组合,形成港口内两船并行系泊与港口防台风锚泊的通用设计方法。在寻求最优的锚泊设计方法时,归纳出一套适合两艘船舶并列式锚泊系统,可用于港口两艘船舶共同锚泊,具有较强的抗台风能力。

基于水动力分析的下碑寺乡泥石流风险研究

泥石流是一种破坏力较强的地质灾害,对生态环境及居民生活均会造成较大威胁。为减轻泥石流引发的损害,对泥石流风险进行分析研究至关重要。在对下碑寺乡泥石流沟踏勘及调研的基础上,建立水动力模型,考虑该区域的降雨、来流、地形、植被覆盖率、建筑物分布等影响因子,定量研究工程尺度上泥石流灾害风险区域。结果表明,该模型针对丰水期及P=5%、P=2%、P=1%条件下计算分析泥石流影响区域分别为0.80 km^(2)、2.97 km^(2)、4.43 km^(2)。模型可动态输出不同降雨强度下的影响区域,可用于山区洪水预警,为泥石流风险研判、预测和水利调控等综合措施下的水动力响应提供了模型方法和技术支撑。

大型框架式渔业平台水动力分析及其系泊系统设计

为获得恶劣海洋环境的载荷,需对大型框架式渔业平台主体框架和网衣的复杂水动力特性加以分析,以设计合理、经济的系泊系统。引入莫里森公式计算主体框架和复杂网衣所受的拖曳力和惯性力,通过三个方向的等效水动力系数,考虑平行于网面的遮蔽效应,建立精确模拟大型框架式渔业平台水动力特性的模型。模拟渔业平台自由衰减的数值分析结果表明,其垂荡、纵摇和横摇运动自然周期远大于常规浮式结构物。在此基础上设计综合采用聚酯、锚链的平行式复合系泊系统,赋予整个系统在横向较小的刚度。通过对渔业平台在不同环境条件下遭受的水动力和系泊张力进行的3小时时域数值分析评估,结果表明缆绳张力满足设计要求:完好状态下保险系数为2.07,单缆破断下保险系数为1.463。

基于水动力分析的15 MW级半潜式漂浮基础优化研究

半潜漂浮式基础是适合深远海风电资源开发的一种安全经济的基础形式,基础单位兆瓦用钢量是影响开发投资的重要因素,也是浮式基础先进性的技术指标之一。为此,以15 MW级三立柱半潜式基础为研究对象,减小边柱直径以降低用钢量,通过对比优化前后的浮式基础水动力性能,验证优化后的浮式基础设计可行性及合理性。结果表明,优化后的浮式基础水动力性能优异,运动及系泊载荷等响应特征满足设计目标,水动力性能基本与优化前一致,说明减小边立柱尺寸是可靠、可行的优化方向,为降低浮式基础用钢量提供了新的思路和路径,有利于推动深远海海上风电的商业应用。

吊舱推进器水动力分析及其载荷特性研究

该文通过建立吊舱推进器水动力分析模型,采用多重参考系方法(MRF),研究吊舱推进器水动力及其载荷特性,分析螺旋桨旋转的吊舱推进器在直航工况、±10°舵角工况下的空化性能。分析表明,空泡是造成吊舱推进器效率降低的一个主要原因。该文同时分析了吊舱推进器在直航工况下,螺旋桨的推力、扭矩系数和进速系数之间的关系。上述理论计算符合实际,可以为吊舱推进器的水动力性能预报提供参考。

波浪能发电平台系泊系统耦合动力响应及水动力分析

本文以一种新型波浪能发电平台为研究对象,分别采用基于三维势流理论的软件Sesam和基于有限体积法的Flow3D软件,对平台和发电浮子进行水动力分析。应用Sesam-HydroD模块计算了平台和发电浮子在频域内的运动响应,将平台和发电浮子的垂荡运动响应进行对比分析,结果表明,在正常海况下,平台与发电浮子垂荡运动相对幅值满足捕能系统的发电需求。应用Flow3D软件对平台整体进行水动力分析,结果表明,平台与发电浮子相对运动振幅在0.3～0.4m间,可满足发电需求。在此基础之上,应用Orcaflex软件,通过时域耦合动力分析的方法,计算了平台在自存工况和作业工况下的运动响应和系泊缆动张力响应,结果表明:在自存工况下,平台锚泊线的安全系数符合规范要求,平台具有良好的安全性能,能够适应恶劣的海洋环境;在作业工况下,平台的垂荡运动响应对波浪方向变化并不敏感,捕能系统不受波浪方向变化的影响,满足发电需求。另外,本文的研究结果能为类似的海洋平台的研究提供建议和参考。

半潜式海洋平台的水动力分析及波浪载荷预报

基于Morison方程与三维绕射理论相结合的方法,对一深水半潜式钻井平台进行了水动力分析,并进行了基于三维水动力分析的设计波方法的波浪载荷预报,为平台结构设计提供必要参数。同时,对半潜式海洋平台的水动力分析及波浪载荷预报的方法和流程进行了归纳总结。

文昌脐带缆J型牵拉入位操作的水动力分析

参考863文昌脐带缆截面设计及具体工作环境参数,利用水动力分析软件OrcaFlex建立了文昌缆J型管牵拉入位的水动力分析模型,计算了脐带缆在牵拉入位过程中的水动力响应。并结合有水动力分析结果,给出了该脐带缆的相关力学性能和在牵拉入位中应注意的事项,对实际工程实践有一定的指导意义。

振荡浮子式波浪发电装置的水动力分析

波浪发电装置在位运行过程中受多种因素的影响,其空间形态和运动具有典型的强非线性特征,相当复杂。为提高波浪能发电装置研究技术,对其进行水动力性能分析。结合某振荡浮子式波浪发电装置的具体参数和系泊设计,将该装置的系泊缆索离散为凝集质量模型,运用海洋工程专业软件OrcaFlex建立该装置在某特定海况下的水动力学分析模型。对该装置的系泊缆索进行特性分析,得到该其主体浮子结构的空间六自由度时域变化情况。仿真结果可为具体的工程实践提供一定的参考。

水动力分析在海洋结构物设计中的应用

着重介绍了在波浪载荷预报中常用的水动力分析方法和软件,分析了它们各自的特点和优势,为结构设计人员在波浪载荷预报中采用合适的分析方法及软件提供了一定的参考。

NURBS高阶面元法在多体水动力分析中应用

当位于海上的多个浮体距离相近时,它们间将产生显著的水动力相互作用。使用NURBS(非均匀有理B样条)高阶面元法进行多体水动力分析,速度势用任意阶的B样条函数近似,物面用NURBS曲面表示,由于水动力与几何表示相分离,就可以方便地实现计算机辅助设计与水动力分析的集成。对截断圆柱与椭球间的水动力相互作用和半潜式平台与箱型驳船间的水动力相互作用的计算显示此种方法可以对多体间的水动力相互作用给出准确的分析,计算时间和占用内存大幅减少。

不同构型的超大型浮式结构物水动力分析和波浪载荷预报

超大型浮式结构物是一种新型海上结构,浮体结构的不同构型对水动力性能有着较大的影响,而合理可靠地预报波浪载荷是保证海洋结构物设计合理和安全运营的基本前提。基于设计波法,采用莫里森公式和势流理论相结合的方法,对纵向浮筒和横向浮筒两种不同构型的超大型浮式结构物进行水动力分析和波浪载荷长期预报并进行对比分析。研究结果表明:横向浮筒超大型浮体纵荡运动相应幅值比纵向浮筒超大型浮体小很多;纵向扭转为纵向浮筒和横向浮筒超大型浮体最危险工况,其次是垂向弯矩工况;且横向浮筒超大型浮体的垂向弯矩也是较危险的工况。分析结果可为超大型海上浮式结构物的结构设计提供相关合理可靠的理论依据。

螺旋桨水动力分析及其故障诊断方法研究

推进系统是船舶的动力源,一般由电机、螺旋桨和轴系组成,其中螺旋桨作为推进系统的重要组成部分,是船舶前进的重要动力源。螺旋桨在工作过程中会发生自身的磨损、变形、损坏等故障,进而对其他相关部分主机和轴系的工作产生影响。为了提高船舶航行安全性,对螺旋桨的故障诊断显得尤为重要。本文对基于CFD的船舶螺旋桨水动力性能进行分析,并对电力推进船舶螺旋桨故障进行诊断分析。

船舶舵型设计及水动力分析软件开发

舵的特性影响船舶的操纵性,因此舵设计环节非常重要.通常在船型参数确定的情况下,舵的设计包含舵型设计、水动力分析、强度校核和操纵性验证等一系列环节.为了提高舵设计效率,减少设计工作量开发设计了船舶舵型设计及水动力分析软件,并以某型船为例进行了计算和分析,采用软件所设计的舵特性满足预期要求.

同浪向下文昌脐带缆与主平台回接过程中的水动力分析

参考863文昌脐带缆截面设计及具体工作环境参数,利用水动力分析软件Orca Flex建立了文昌缆与主平台回接过程中的水动力分析模型,计算了在不同浪向下脐带缆在与主平台回接过程中的水动力响应。并结合水动力分析结果,给出了该脐带缆的相关力学性能和与主平台回接过程中应注意的事项,对实际工程实践有一定的指导意义。

基于预修正快速傅里叶变换方法的多体水动力分析

海上多个浮体相距较近时,浮体间将产生显著的水动力相互作用。对于结构复杂、尺度巨大的浮体,采用常用的面元法进行多体水动力分析,需要占用大量的计算资源。采用预修正快速傅里叶变换(pFFT)方法进行了多体水动力分析。圆柱与椭圆半球间以及张力腿平台(ISSC TLP)与箱形驳船间的水动力相互作用计算结果表明,采用pFFT方法,计算时间与占用内存大幅度减少,这使得在PC机上进行多体水动力分析成为可能。

面向USV的AUV自主回收装置设计及其水动力分析

随着海洋无人系统的发展,自主式水下机器人(autonomous underwater vehicle,AUV)的自主布放和回收技术成为亟待突破的瓶颈技术。利用无人水面艇(unmanned surface vehicle,USV)回收AUV成为海洋无人系统协同作业的发展方向之一。目前国外一些研究机构提出的利用USV回收AUV的方案,成熟度都较低。为了实现USV自主回收AUV,设计了一种用于USV动态回收AUV的回收装置。该装置通过绳索连接固定在USV上的绞车,下方连接一个V形翼,用于维持其稳定性,以实现USV在航行中自主收放AUV。首先,介绍了国内外自主回收AUV的研究现状;然后,对回收装置的设计背景、结构形式以及稳定性进行了分析;最后,利用水动力分析软件CFX对AUV在水下对接的动态过程进行了水动力仿真,获得了回收装置在不同工况下对接时的阻力变化情况。通过数值仿真发现:对接过程中,AUV的摩擦阻力逐渐增大;当AUV接近回收装置时,压差阻力迅速减小,但AUV在对接过程中的总阻力是先增加后减小。通过分析可知,所设计的回收装置具有较好的稳定性。研究结果对动态回收AUV具有一定的指导意义。

DZL7.0-1.0/115/70-AⅡ型热水锅炉采用不等径水冷壁管的水动力分析

文章通过对DZL7.0-1.0/115/70-Ⅱ型热水锅炉采用等径、不等径水冷壁管的水动力分析，说明了为避免二次垢爆管，适当增加高温区水冷壁管直径，锅炉水循环仍然是安全的，不会产生过冷沸腾引起的一次垢爆管。

海底电缆铺设回泥面的水动力分析

针对实际电缆铺设工程成本过大及耗时太长的问题,基于理论分析和数值模拟对文昌海底电缆铺设回泥面进行比较分析。通过水动力分析软件Orca Flex建立电缆铺设的数值模型,重点讨论吊缆的吊放长度和施工船舶在不同阶段的航行速度对电缆安全性能的影响,根据电缆的最大有效张力和最小弯曲半径对电缆铺设提出相应的建议,得到的结论对实际工程有一定的参考价值。