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基于粘流理论的五体船阻力计算和水动力干扰研究

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基于粘流理论的五体船阻力计算和水动力干扰研究

非对称双体船操纵运动理论预报方法及性能研究

黑龙江省造船工程学会2008年学术年会

作者：李云波娄睿李裕龙哈尔滨工程大学船舶工程学院

本文基于粘流理论探讨了五体船船体间处于复杂干扰的船舶阻力计算方法。包括网格划分、湍流模式选取、不同船体布局下的船体周围流场及水动力干扰。计算了前侧体在水面以上不同后体布局下和前侧体位于水中的船舶阻力及流场干扰。分析了... 详细信息

本文基于粘流理论探讨了五体船船体间处于复杂干扰的船舶阻力计算方法。包括网格划分、湍流模式选取、不同船体布局下的船体周围流场及水动力干扰。计算了前侧体在水面以上不同后体布局下和前侧体位于水中的船舶阻力及流场干扰。分析了船体布局变化对总阻力和流场的影响及规律,得到了对进一步深入探讨五体间水动力干扰和五体船研发具有指导意义的结果。

关键词：五体船粘流理论船体布局水动力干扰

来源： cnki会议评论

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非对称双体船操纵运动理论预报方法及性能研究

作者：闫凤超哈尔滨工程大学

学位级别：硕士

非对称双体船由一个主体和侧体组成,它继承了三体船和双体船的较大甲板面积、横摇稳定性好等优点,是近几年出现的新船型。非对称双体船可通过主侧体前后错位布局来产生有利兴波干扰,由于侧体较小,和同尺度双体船相比较,减小了船体湿表... 详细信息

非对称双体船由一个主体和侧体组成,它继承了三体船和双体船的较大甲板面积、横摇稳定性好等优点,是近几年出现的新船型。非对称双体船可通过主侧体前后错位布局来产生有利兴波干扰,由于侧体较小,和同尺度双体船相比较,减小了船体湿表面积和摩擦阻力。设计优良的非对称双体船可能会发挥双体船和三体船的水动力性能优势,克服它们的不足,具有独到的阻力和耐波性能优势。但是,由于非对称双体船主侧体之间的不对称性,进行左右侧操纵运动会表现出不同的性能特点,其操纵运动特性如何,目前还未见研究报道。因此,有必要针对该船型的操纵运动理论预报方法以及性能展开深入研究,掌握其性能特性,为后续深入了解该船型特性以及后续研究提供技术支撑。本论文针对非对称双体船船型特点,对其静水中的操纵运动数值模拟方法和性能进行研究。基于粘流理论方法,针对非对称双体船在操纵运动中的横向受力具有较强非线性的特点,进行了数值计算和理论预报方法研究,通过数值计算结果和船模试验结果对比,验证了理论方法的可行性。利用研究给出的理论方法,研究了非对称项对斜托、回转运动水动力导数以及高阶耦合水动力导数的影响,通过模拟非对称双体船斜拖、变漂角旋臂运动,研究了不同漂角、角速度下非对称双体船的水动力变化,得到了非对称双体船的粘性类水动力导数,对比分析了运动过程中粘性流场变化规律。基于MMG模型进行了非对称双体船操纵运动中的回转和Z形运动及相关操纵运动参数预报及特性分析,研究了正、反向操舵的回转和Z形操纵运动特性,对比分析了不同大小舵角下的回转和Z形运动轨迹及运动参数变化。利用给出的数值模拟和理论预报方法,针对船体不同主侧体之间布局改变,对比研究了正、反向操舵的回转和Z形运动的操纵运动特性。基于上述工作,对非对称双体船的操纵运动性能进行了较详细的研究。研究表明,与双体船相比,非对称双体船需要计算的粘性类水动力导数数量增加近一倍;本研究探讨的理论方法和数学模型可以有效地模拟非对称双体船的斜托运动、变漂角旋臂运动,预报非对称双体船的操纵运动;研究发现非对称双体船左右侧操纵运动性能有明显差别;船体横向间距变化对非对称双体船的操纵运动影响较小,侧体纵向位置变化对操纵运动影响显著;侧体纵向位置前移有利于提高非对称双体船回转性能,回转半径变小,但转艏性能下降。

关键词：非对称双体船粘流理论 MMG模型操纵运动预报侧体布局变化

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三体船阻力分析及形状因子预报方法

三体船阻力分析及形状因子预报方法

作者：杨文博哈尔滨工程大学

学位级别：硕士

随着现代船舶行业的发展和技术提升,小水线面双体船、三体船和复合船型等高性能新船型越来越受到重视,人们对这些船型的认识不断深入,船型设计和建造技术不断提升,船型性能越来越完善。其中三体船由于具有航速高、耐波性好、甲板面积大... 详细信息

随着现代船舶行业的发展和技术提升,小水线面双体船、三体船和复合船型等高性能新船型越来越受到重视,人们对这些船型的认识不断深入,船型设计和建造技术不断提升,船型性能越来越完善。其中三体船由于具有航速高、耐波性好、甲板面积大和较强的生存能力等优势,所以得到迅速的发展,受到了各国的广泛关注。阻力成因及成分分析和阻力预报是三体船的船型优化、快速性能提升和优秀船型设计的关键。尤其三体船的三个船体之间存在复杂的兴波干扰,阻力成分与常规单体船不同,弄清其阻力成分及预报方法对准确预报船舶阻力尤其重要。目前主要用二因次法和三因次法进行船舶阻力预报。其中三因次方法需要确定粘压阻力作用的形状因子,由于形状因子假设针对单体船,而三体船通常航速较高,同时,船体之间存在复杂的兴波和粘流场干扰,且三体船的船体之间间距、主体和侧体布局和船型变化都会引起阻力成分和阻力变化,这些变化带来的三体船阻力预报中形状因子有什么特点,针对常规单体船的形状因子选取方法是否实用,三体船的形状因子如何选取等目前较少研究。本文对三体船阻力及成分进行了预报分析,研讨了传统形状因子确定方法对三体船的不足。从形状因子的定义出发,基于粘性理论预报粘压阻力和摩擦阻力,求解形状因子;基于势流理论预报兴波阻力,结合总阻力和摩擦阻力经验公式确定形状因子。研究了针对三体船型特点的形状因子变化特征及确定方法,研讨了三体船速度和片体布局变化对形状因子的影响及特性。研究表明,在Fr=0.63时,CFD直接模拟比粘流结合势流方法计算结果的粘压阻力系数大11.95%,总阻力系数大5.31%。三体船片体的纵向位置会对兴波阻力产生较大影响,在中高航速段,片体的横向位置也会对其有显著影响,流体的粘性作用对三体船兴波阻力的影响会随着速度的提高而增大;片体的纵向布局对粘压阻力影响较为显著,当片体位于船舯,超高速段时片体的横向位置对其也有较大影响。形状因子随航速呈现出波动变化,且数值远大于传统方法结果。三体船形状因子的大小和变化规律受其片体布局的影响不可忽视,其中片体的横向布局对形状因子的数值有所影响;随着傅汝德数的增加,纵向布局对形状因子的数值和变化趋势都有较大影响。

关键词：三体船形状因子预报方法阻力成分分析粘流理论势流理论

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深海半潜式平台波浪爬升及近场干涉效应研究

深海半潜式平台波浪爬升及近场干涉效应研究

作者：陈茂侨江苏科技大学

学位级别：硕士

随着人类对石油气的需求量不断增加,深海石油气资源的勘探开发技术也不断进步与发展,半潜式平台在深海石油气开采中得到广泛的应用。由于深海海洋环境不断恶化,严重影响到工作人员正常生活以及海洋平台结构安全,其中平台的气隙性能直接... 详细信息

随着人类对石油气的需求量不断增加,深海石油气资源的勘探开发技术也不断进步与发展,半潜式平台在深海石油气开采中得到广泛的应用。由于深海海洋环境不断恶化,严重影响到工作人员正常生活以及海洋平台结构安全,其中平台的气隙性能直接关系到平台的安全状况,是衡量平台安全性能的重要指标之一,对平台结构设计具有重要的意义。半潜式平台波浪爬升、近场干涉以及气隙响应的分析研究是目前国内外海洋工程界的前沿课题并处于起步阶段,受到了海洋工程领域研究者的广泛关注和重视。本文在对计算流体力学及平台波浪爬升、近场干涉和气隙响应理论知识深入了解的基础上,采用计算流体力学软件(FINE/Marine)开展了两种波浪环境(规则波、不规则波),三种平台模式(固定模式、自由模式、系泊模式)共计72个计算工况的数值模拟计算,并结合自编程后处理软件给出了半潜式平台波浪爬升、近场干涉、气隙响应的数值预报分析研究。具体研究工作及结论如下:较为全面地分析了不同浪向角和波浪要素(入射波高、周期)下对波浪爬升沿立柱迎浪面和四立柱周向分布规律的影响;对比分析三种平台模式下平台立柱波浪爬升幅度及变化规律。结果表明:波浪爬升高度随着距立柱迎浪面距离的减小而增大,在立柱近壁面附近达到最大值,最大放大因素约为3.0,并出现波浪破碎和飞溅等强非线性现象;波浪爬升幅度随迎浪面面积增大而减小,浪向角β=0°时普遍较大;四立柱周向波浪爬升呈“W”形分布;运动模式对波浪爬升影响较大,平台固定模式波浪爬升效应较为明显,垂向三个自由度对波浪爬升起着决定性的作用。针对半潜式平台近场干涉现象,探讨了平台立柱和下浮体间发生近场干涉现象的一些基本规律;分析了不同平台模式、浪向角和波浪要素对四立柱间近场干涉影响;进一步研究了平台发生近场干涉现象时平台内场波面分布特征。结果表明:周期较小时,入射波、反射波、绕射波与结构运动的辐射波叠加较为频繁,波面升高较大;四立柱内场发生干涉后,波峰线出现弯曲,沿波浪传播方向出现峰谷值不对称现象;浪向角β=45°较其它浪向角近场干涉现象更为明显;平台系泊和自由模式比固定模式近场干涉引起的波面升高较大,波面分布较为复杂;波面升高极大值主要集中于迎浪面立柱前缘和后立柱内侧区域,最大波面升高可以达到入射波高的2.57倍。重点分析了不同浪向角和波浪要素对平台气隙响应的影响规律;对比统计三种平台模式下平台下甲板相同观测点的负气隙量变化情况,定量研究系泊系统对半潜式平台负气隙量大小和分布的影响;简要分析了平台悬链线张力的分布情况;详细研究平台非线性砰击效应以及不同平台模式、浪向角、波浪要素对砰击压强大小的影响。结果表明:相同周期下,负气隙量随入射波高的增加而增加;当入射波的谱峰周期与平台的垂向三个自由度的固有周期接近时,平台运动较为剧烈,负气隙量较大;相同海况下,平台垂向约束越强,负气隙越大,最大负气隙量达到8.64m;平台迎浪面两根悬链线的张力最大,最大张力达到2695.9k N;平台出现负气隙的区域主要发生在立柱迎浪面附近和下甲板的边缘处,只有在高海况下,下甲板中间区域才会出现负气隙量,产生较大砰击压强,非线性砰击现象较为明显。

关键词：半潜式平台波浪爬升近场干涉气隙响应粘流理论

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半潜式平台多立柱波浪爬升与砰击特性研究

半潜式平台多立柱波浪爬升与砰击特性研究

作者：刘亚秋江苏科技大学

学位级别：硕士

随着深海石油天然气的开发,传统海洋平台因为造价和自重的原因,已不再适应深海采油的要求,诸多浮动式平台已逐渐取而代之,如半潜式平台。由于深海复杂环境,平台安全性深受其危害。波浪在平台立柱周围产生爬升现象,从而对立柱甚至平台甲... 详细信息

随着深海石油天然气的开发,传统海洋平台因为造价和自重的原因,已不再适应深海采油的要求,诸多浮动式平台已逐渐取而代之,如半潜式平台。由于深海复杂环境,平台安全性深受其危害。波浪在平台立柱周围产生爬升现象,从而对立柱甚至平台甲板产生强烈的砰击效应。因此,对于半潜式平台的波浪爬升规律、砰击效应、近场干涉以及影响波浪爬升因素的研究显得十分重要。本文运用基于粘流理论的CFD软件FINE/Marine对两种模式(固定模式和系泊模式)下的半潜式平台开展波浪爬升、近场干涉、立柱砰击数值预报,并结合自编程处理软件Matlab对数值结果进行处理分析,具体研究工作及结论如下:分析前立柱迎浪面以及前立柱一周的波浪爬升变化规律和平台模式对波浪爬升的影响;讨论波浪的波陡参数KA和散射参数KR对平台立柱波浪爬升的影响;研究波浪绕柱时非线性特征对立柱波浪爬升的影响。结果表明:随着距立柱距离的减小,波浪爬升呈上升趋势;立柱一周的波浪爬升呈“W”型;较大的KA与KR值对波浪爬升具有一定的影响;波浪绕柱时非线性特征在不断增加。重点分析入射角β=0o时平台六自由度运动对立柱砰击的影响,讨论不同模式下立柱所受砰击压力的一般规律;研究不同模式下平台内场的近场干涉现象,总结近场干涉时平台内部的波面分布特征。结果表明:立柱砰击具有周期性且与波浪周期一致;系泊模式加剧立柱砰击效应以及内场波面波动。针对半潜式平台主体因素对立柱波浪爬升的影响,对比分析不同立柱形状(方形、带倒角形、圆形)和前后立柱间距离(2.0D、2.4D、2.8D)的半潜式平台处于固定模式时前后立柱的迎浪面、侧浪面、背浪面以及立柱一周的波浪爬升变化情况,讨论立柱形状与间距对立柱周围波浪爬升的影响;探究不同立柱形状及间距对内场波面分布的影响。结果表明:立柱形状主要影响立柱迎浪面及一周的波浪爬升,立柱间距严重影响两立柱之间的波浪分布状况;立柱的形状与间距对于内场波面峰值大小及波面变化分布有较大的影响。

关键词：半潜式平台粘流理论波浪爬升立柱砰击近场干涉

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考虑粘性的三体船非线性横摇预报研究

船舶 2016年第6期27卷 12-18页

作者：张艺瀚王平蔡新功中国船舶及海洋工程设计研究院上海200011

三体船主体与侧体之间的流动干扰以及舭龙骨等附体造成的漩涡分离,使其在波浪中运动时的横摇非线性效应更加强烈而复杂。应用CFD方法模拟某典型三体船在静水中的衰减和强迫横摇运动,得到非线性横摇阻尼并分析其变化规律。应用等效线性... 详细信息

三体船主体与侧体之间的流动干扰以及舭龙骨等附体造成的漩涡分离,使其在波浪中运动时的横摇非线性效应更加强烈而复杂。应用CFD方法模拟某典型三体船在静水中的衰减和强迫横摇运动,得到非线性横摇阻尼并分析其变化规律。应用等效线性化原理修正并求解基于三维线性势流理论建立的横摇运动方程。研究结果与模型试验比较后得出,采用粘性流CFD方法并结合三维势流理论可较准确地预报三体船的非线性横摇阻尼和波浪中的横摇运动。

关键词：三体船非线性横摇三维势流理论粘流理论计算流体动力学

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不同间距对旁靠浮式系统的影响

武汉船舶职业技术学院学报 2018年第3期17卷 18-23页

作者：林文朱仁庆韩峥孙宝瑞江苏科技大学船舶与海洋工程学院江苏镇江212003

在两旁靠浮体水动力性能研究中,我们将面临着不同的间距对两旁靠浮体产生的影响问题。本文基于粘流理论,利用STARCCM+软件对不同间距情况下的两浮体六自由度的运动、系泊缆绳的受力以及波面的升高情况进行对比分析。分析中我们可以发现... 详细信息

在两旁靠浮体水动力性能研究中,我们将面临着不同的间距对两旁靠浮体产生的影响问题。本文基于粘流理论,利用STARCCM+软件对不同间距情况下的两浮体六自由度的运动、系泊缆绳的受力以及波面的升高情况进行对比分析。分析中我们可以发现不同的间距对两旁靠浮体的影响是不可忽视的,其中,间距越小,影响越剧烈。

关键词：旁靠浮体粘流理论 STARCCM+ 波面升高

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流体粘性对半潜式平台气隙量的影响研究

中国海洋平台 2015年第4期30卷 57-63页

作者：王志东庄丽帆凌宏杰戴挺陈茂侨江苏科技大学江苏镇江212003 大连船舶重工集团设计研究所辽宁大连116052

为了探究半潜式平台在工作海况下气隙量的变化情况,该文基于势流理论和粘流理论开展了在不同有义波高、谱峰周期和浪向角下共计29个工况下的半潜式平台气隙量的数值预报。数值计算结果表明:粘、势流理论计算的气隙量随着影响因素的变化... 详细信息

为了探究半潜式平台在工作海况下气隙量的变化情况,该文基于势流理论和粘流理论开展了在不同有义波高、谱峰周期和浪向角下共计29个工况下的半潜式平台气隙量的数值预报。数值计算结果表明:粘、势流理论计算的气隙量随着影响因素的变化具有相同的变化趋势,但粘流理论计算的负气隙量普遍大于势流理论,且在平台下甲板边缘和立柱周围处负气隙分布差别较大。这是由于粘流理论在求解时综合考虑了入射波、绕射波、辐射波的波形叠加及波浪沿立柱的爬高效应,对半潜式平台的设计具有指导意义。

关键词：半潜式平台气隙势流理论粘流理论