液舱晃荡与船体耦合运动的全非线性数值模拟与分析

为了研究液舱晃荡流对驳船运动的非线性耦合影响,本文采用边界元法在时域中模拟了二维驳船在波浪和晃荡载荷作用下的三自由度运动。数值模拟过程中采用半混合欧拉-拉格朗日方法(Semi-MEL)实时更新瞬时自由液面,应用辅助函数法求解速度势的时间导数。在上述数值基础上,对入射波、船体运动和晃荡流的非线性耦合关系进行解耦计算。所求驳船运动响应的数值计算结果与实验结果吻合良好,验证了该数值方法的准确性。通过分析不同入射波频、波幅和液舱充液率条件对驳船运动幅值响应(RAOs)的影响,可得出液舱晃荡作用力与波浪激振力的耦合作用决定了驳船的横荡、横摇运动RAO的大小;在晃荡运动的一阶共振频率附近,横荡、横摇运动RAO均为最小值;相比横荡运动,对横摇运动而言,最重要的耦合影响是RAO曲线由单峰值变化为双峰值;随着入射波幅的增加,晃荡诱导力矩的非线性变化导致了船体非线性的横摇运动。

侧体尺度对小水线面三体船纵向运动影响研究

小水线面三体船主、侧体尺度相差较大,因此,理论上侧体尺度具有无数种方案。目前,多数学者侧重于对侧体位置的研究,而对小水线面三体船侧体尺度对其水动力性能影响的研究还不够广泛。采用基于势流理论的AQWA软件进行数值模拟计算。首先,为确保计算过程中参数设置的准确性,对AQWA软件计算船舶耐波性的可靠性进行验证;然后,研究系列傅汝德数Fr下侧体尺度变化对小水线面三体船的耐波性响应。结果显示,在波长船长比变化时,垂荡纵摇RAO随侧体尺度改变产生了非单调的变化。不同航速下,垂荡和纵摇性能最优的侧体尺度不一致。综合所有航速考虑,L_(c)/L为0.3和0.35的侧体方案耐波性能较好。研究结果可为小水线面三体船的设计提供借鉴。

小水线面三体船耐波性数值模拟

[目的]小水线面三体船与普通三体船相比具有较大的潜体并极大地减少了水线面面积,因此普通三体船的耐波性规律不完全适用于小水线面三体船,小水线面三体船的耐波性还有待研究。[方法]因模型试验具有周期长、成本高、环境要求苛刻的特点,难以对所有方案进行试验与分析,故采用STAR-CCM+平台模拟船体周围的黏性流场。首先,考虑到网格设置、流场模型选择的影响,验证采用STAR-CCM+平台进行耐波性计算的可行性与可靠性;然后,研究系列弗劳德数Fr下不同侧体位置时小水线面三体船耐波性的变化规律。[结果]结果显示,Fr=0.234(低速)时,小水线面三体船的耐波性优于普通三体船,Fr=0.494~0.797(中、高速)时情况较复杂;小水线面三体船侧体靠近船艏时耐波性更优。[结论]研究结果可为小水线面三体船的设计提供一定的借鉴。

浅水效应及其对软刚臂单点泊FPSO安全影响研究

浮式生产储油装置(FPSO)作为海上油气开发的重要设施,确保其结构强度和完整性对于在海洋环境下开展原油集输至关重要。基于势流理论,对目标FPSO进行频域分析,研究浅水效应对船体水动力特性的影响,以及不同水深下船体的固有周期和运动幅值响应算子等水动力特性的变化趋势。结果表明,目标FPSO工作水域水深较浅时,船体垂荡、横摇和纵摇固有周期均增大;在不同水深具有相同吃水比时,除了垂荡和纵摇外,其他自由度响应均随水深吃水比的增大而减小。

基于AQWA的潮流能发电平台稳定性研究

文章应用水动力学软件AQWA对在随机波浪荷载和风、流荷载联合作用下的浮动式发电平台的稳定性进行研究,分析了5种工况下该平台遭遇迎浪(0°浪向角)、艏斜浪(45°浪向角)、横浪(90°浪向角)时的横荡、纵荡、艏摇运动响应幅值,比较了该平台在破损工况(有系泊缆断裂工况)和完整工况(无系泊缆断裂工况)下的运动响应幅值。结果表明:平台的艏摇、横荡和纵荡运动响应的最大值分别发生在遭遇艏斜浪、迎浪和横浪时;在系泊缆断裂瞬间该平台所有方向运动响应均有大幅增加,其中破损自存工况下艏摇运动响应幅值是完整工况下的6~7倍。

海上风力发电平台概念设计及系泊系统特性研究

为实现海上风力发电平台工作状态的准确预报,本文采用有限元软件建立浮式风力发电平台三维模型,完全时域耦合分析在不规则波作用下,浮式风力发电平台动力响应特性。通过时域结果对比分析可知,在风浪流同向作用下,浮式风力发电平台的运动响应幅值及系泊缆索顶端张力最大。通过运动响应时间历程曲线可知,横荡运动和横摇运动表现为低频特性,垂荡运动表现为波频特性,以上研究成果可为浮式风力发电机的优化设计提供一定的指导,并可为将来的相关试验提供一定参考。

基于粒子群优化算法的海浪方向谱估计

为解决当前测量设备在估计海浪方向谱方面存在的易损坏、易丢失且费用昂贵等问题,利用船舶运动响应数据通过参数化方法对海浪方向谱进行估计,并提出粒子群优化算法对八参数海浪方向谱模型进行参数整定,该方法只需要简单的测量设备和硬件即可完成方向谱的估计工作.最后利用实船数学模型对2种海况情况进行了仿真验证,仿真结果表明该方法可以精确地估计出海浪方向谱.

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。

中长周期波浪作用下的工字型浮式防波堤消波性能研究

基于T型浮式防波堤提出工字型浮式防波堤结构,采用STAR-CCM+软件实现波浪与浮式防波堤相互作用下的三维水动力数值模拟,进行中长周期波浪中的浮式防波堤的消波性能研究,分析两种浮式防波堤的消波效果以及在不同波浪入射角和周期作用下工字型浮式防波堤的透射系数和运动响应特性。数值结果表明:波浪周期越小,浮式防波堤的消波效果越好;波浪入射角增大,工字型浮式防波堤的纵荡、垂荡及纵摇运动响应幅值减小,横荡、横摇及艏摇运动响应幅值先增大后减小。中长周期波浪作用下的浮式防波堤消波性能研究可为海上浮式防波堤的设计和分析提供参考。