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。

有三维势流时消声器声学特性预测的有限元法

将有限元法应用于预测有三维势流时管道和消声器的声学特性,推导了三维势流中声传播问题的有限元法计算公式,给出了管道和消声器声学特性的计算方法和数值实施过程。与传统的声学有限元法相比,新方法考虑了声学控制方程中气流马赫数二阶小量的影响,因此适用于求解具有较高马赫数亚音速流中的声传播问题。使用三维有限元法首先计算了管道的四极参数,并与一维解析解比较验证了新方法的正确性和精度,然后使用三维有限元法计算双级膨胀腔消声器的传递损失。数值计算结果表明:随着气流马赫数的增加,消声器传递损失曲线向低频方向移动,因而改变了各频率下的消声量。为了精确预测消声器的声学特性,三维势流对管道和消声器内声传播的影响应该加以考虑。

快速多极子边界元法在三维势流问题中应用

以Rankin源为基本解,采用快速多极子方法加速后边界元法求解由格林第二公式导出的三维势流边界积分方程,进而计算其势场的分布.无限区域中水流绕射算例的数值计算证明,多极子边界元法能给出满意的结果,与传统边界元方法在运算速度和内存消耗上相比具有明显的优势,表明其适合于在现有的计算条件下求解大尺度多未知量势流问题.

双倒易边界元法应用于预测三维势流管道和消声器声学特性

将双倒易边界元法应用于预测具有三维势流存在时管道及消声器的声学特性,阐述了其基本原理与数值过程。与传统边界元方法相比,该方法考虑了声学控制方程中气流马赫数二阶小量的影响,因此适用于具有较高马赫数亚音速流的情况。使用双倒易边界元法预测有气流存在时管道和变截面膨胀腔的四极参数,并与一维解析解和传统边界元法结果进行了比较,从而验证了该方法的正确性。利用双倒易边界元计算并分析了不同结构类型消声器的传递损失,结果表明,三维流对复杂结构的消声器声学性能的影响是不可忽略的。PACS数:43.20,43.

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。

混流式转轮内三维势流边界元计算

本文以1/4πr为基本解，采用直接边界元法求解混流式转轮内的全三维势流流场。并对HL220转轮流场进行数值模拟计算，结果表明此法是进行三维流场计算的有效方法。

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。

混流式转轮三维有势流场的有限元法计算及其库塔条件的一种处理方法

本文利用势函数的可叠加性，通过对两类不同边界条件的势流函数求解，获得了满足库塔条件的混流式转轮的三维有势流场解，并对库塔条件的不同处理方法求得的有势流场结果进行了比较．

横倾船舶三维非定常扰动势流特性

当船舶出现破损淹舱或者在波浪中做横摇运动时,船体都会出现横倾,这会使得船舶在水面下的湿表面与正浮时不再相同,船体周围的非定常流场因此会发生改变。本文基于三维线性势流理论,使用奇点分布法对具有不同横倾角的Wigley III船型的非定常扰动速度势展开计算,进而求解Wigley III船型水动力系数与波浪激励力。计算结果表明,横倾对垂荡、横摇、纵摇水动力系数的影响比较明显;在顶浪下,横倾对横向的波浪激励力影响显著。

混流式转轮有势流场解的库塔条件处理

本文通过对满足两类不同边界条件的势流函数有限元法求解并迭加，获得了较好满足库塔条件的混流式转化（ＨＬ２２０）的三维有势流场解。文中介绍了库塔条件的具体处理方法，分析了计算结果，并与其它处理方法进行了比较。

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。

RMFC模型在新型拼接式海上栈桥码头三维运动响应计算中的应用

将刚性模块柔性连接器模型(RMFC)应用于拼接式海上栈桥码头的三维运动响应计算,柔性连接器被假定为线性弹簧,采用有限水深三维势流理论计算水动力,重点分析了6种浪向的改变对栈桥码头三维运动响应的影响,并将谱分析结果与实验结果进行了比较。结果表明本文提出的计算模型能够很好地反映拼接式海上栈桥码头的三维运动响应情况,其结果可以作为设计连接器及锚链的依据。

船体湿表面脉动压力预报的三维非线性方法

本文给出了一种预报船体湿表面脉动压力响应的三维非线性时历模拟方法。计及瞬时物面变化引起的各种非线性因素,在时域内建立船体非线性运动方程。在每一时刻,认为船体以其瞬时平均湿表面为平衡位置做简谐振荡运动,利用三维线性频域解来简化运算。在此基础上,进一步将绕射和辐射问题在静平衡位置求解,仅考虑占主导地位的入射波和静恢复力变化的非线性,作为一种兼顾工程需要的计算精度和计算效率的简化方法。以此方法为基础编制了计算机程序,对实船进行了计算,并与模型试验进行了对比。分析比较表明,该方法能够给出令人满意的船体湿表面脉动压力响应预报结果。

风浪流环境要素对半潜式平台气隙响应特性的影响研究

以三维势流理论为基础,针对风/浪/流联合作用下系泊半潜式平台的气隙响应特性开展研究,比较分析了波浪单独作用和风/浪/流联合作用对半潜式平台气隙响应特征的影响规律,探讨了风、浪、流等环境要素对半潜式平台气隙响应的贡献,同时开展了半潜式平台气隙响应对环境荷载方向的敏感性分析。结果表明:浪/风、浪/流作用下平台气隙值较波浪单独作用时有所减小,且海流的影响较风的影响更为显著;风/浪/流联合作用时,平台气隙值将进一步减小,出现负气隙的概率更大。对环境要素不同入射角度作用下的平台气隙响应进行对比,发现当荷载45度作用时平台气隙最小,情况最危险。

矩形钢围堰波流荷载数值模拟研究

本文依托某跨海大桥钢围堰,采用CFD方法,通过有限元软件FLUENT计算了不同工况下的钢围堰水流荷载。基于三维势流理论,运用流体动力软件SESAM对钢围堰在不同频率波浪作用下的运动响应进行了计算和分析,并计算得出了设计波浪作用下钢围堰波浪荷载。波流荷载计算结果为钢围堰的设计提供了依据。

基于AQWA的圆筒型浮式防波堤波浪运动响应分析

利用水动力分析软件AQWA,基于三维势流理论,采用数值分析法对圆筒型浮式防波堤进行了水动力研究;计算得到了不同浪向下的防波堤幅值响应算子、不同水深下的附加质量、防波堤运动响应和缆索张力。研究结果表明:本浮式防波堤横荡、纵荡与垂荡运动主要由低频运动引起;由于系泊缆多为艏缆和艉缆,因而浮体纵荡运动时域幅值较小,相较横荡与垂荡的运动幅值小一个数量级。

4000 t全回转起重船“海峰2001”耐波性分析与应用

依据三维势流理论,利用水动力学软件HydroSTAR,充分考虑其他黏性阻尼因素,结合实际作业海况,对4000 t全回转起重船“海峰2001”六自由度和运动响应进行预报,评估船舶耐波性能是否满足设计海况作业要求,用于指导船舶设计工作,以实现拓宽船舶海上风电施工作业窗口期,提高船舶有效作业时间。

基于ANSYS-AQWA的垫挡船码头靠泊特性分析

船舶逐步向标准化、大型化的方向发展,有效减少或避免大型船舶对码头碰撞是工程领域亟待解决的问题。采用ANASYS-AQWA仿真软件,基于三维势流理论与时域分析方法,结合山区河流水流湍急、流量变幅大的特点,采用数值分析的方法,研究了船舶在不同系泊方式下的系泊运动响应特性。研究结果表明:0°和180°的浪向角对纵荡幅值响应算子的影响最明显;90°的浪向角对横荡、垂荡和横摇响应较大,对纵荡、纵摇和艏摇影响较小;2-7-2系泊方式对于船舶的横向运动限制更好;4-4-4系泊对于船舶的纵向运动限制更好。

三峡库区浅水域船舶应急系泊系统设计及水动力特性研究

内河船舶标准化、大型化、专业化进程不断加快,三峡库区船舶在风、浪、流环境中航行时,往往会出现较剧烈的摇荡运动、降速、航向不稳定及操纵困难等问题。因此,三峡库区浅水域船舶应急系泊系统设计的可靠性成为船舶工程领域亟待解决的问题。以三峡库区典型船舶为研究对象,基于三维势流理论,运用ANASYS-AQWA,建立船舶应急系泊系统的数值模型,优化设计不同缆绳布置方案,对比分析不同系泊方案下船舶运动响应幅值及缆绳张力。研究表明:4-2-2系泊系统缆绳布置方案与4-4系泊系统缆绳布置方案相比而言,在均衡系泊缆张力方面更具有合理性、优越性。研究方法可为三峡库区浅水域船舶应急系泊系统方案的设计提供科学可靠的理论依据。