基于表面波形获取水底压力的计算方法及其实验验证

为获取水面波形与水底压力的对应关系,提出基于表面波形获取水底压力的计算方法,建立表面波形和水底压力变化的测量系统.对水面波形测量结果,采用傅里叶级数展开法计算其系数,通过线性叠加法反演重构原来水面波形.根据有限水深色散关系计算不同频率组成波的波数,进一步计算出非规则波、船舶兴波以及船舶在波浪中航行时的水面波形在水底引起的压力变化.仿真结果表明,理论计算与实验结果吻合较好.     

基于开尔文源面元法的有限水深兴波阻力计算

应用线性船舶水动力学理论,将有限水深开尔文移动兴波源格林函数分解成Rankine源集合、局部扰动项和波函数项3部分,利用高斯拉盖尔及最速下降积分方法加快了局部扰动项的计算速度.采用面元法计算了有限水深船体表面的面源强度,并与无限水深结果进行对比,进一步求解出有限水深船舶的兴波阻力,与其他方法所得结果基本一致,在跨临界航速中有限水深兴波阻力明显大于无限水深的结果.     

带航速三体渡驳水动力特性频域分析

为了研究带航速三体渡驳在波浪中航行时的水动力特性,以及航速和环境因素对其幅值响应算子的影响,根据势流理论和波浪辐射/衍射理论分析了有航速三体渡驳的波浪激励力及水动力系数,进而利用AQWA求解了三体渡驳的幅值响应算子,得到了不同航速、水深及遭遇浪向条件下三体渡驳各自由度幅值响应算子随波浪圆频率的变化曲线。计算结果表明:航速越大纵荡幅值越小、纵摇峰值越大,水深越浅垂荡幅值越小、纵摇峰值频率越低,当水深吃水比大于20后即可按照无限水深来计算其幅值响应算子;遭遇浪向对各自由度RAOs均有较大影响,其中艏斜浪或迎浪航行对三体渡驳的运动较为有利。     

内河限制性航道船舶下沉量数值研究

内河限制性航道中的船行波具有波高大、流速急等特点,于其中行驶的船舶会随着压力波动而发生纵倾变化,当下沉严重时会造成搁浅事故。本文以某通航工程为研究对象,借助计算流体力学软件,运用GMRES压力求解器和RNG k-ε湍流模型,开展了限制性航道中不同航速、不同水深以及不同隧道宽度共计32种工况下船舶航行下沉量研究。研究表明船舶最大下沉量以及最大纵倾角随着航速以及隧道宽度的增大而增大,随水深的增加而减小。相关结果可为内河限制性航道船舶安全航行提供科学指导。     

单个装药浅层水中沉底爆炸的数值模拟

采用ＡＬＥ算法,对单个装药浅层水中沉底爆炸进行了数值模拟。计算结果与实测结果较好地吻合。根据数值计算结果,分析了爆炸流场中冲击波传播规律;给出了不同时刻水中压力等值面分布,空间不同点压力时程曲线;分析了水底,水面对水中爆炸冲击波传播及对流场压力变化规律的影响。获得了浅层水中爆炸流场参量分布与变化规律的初步认识。     

五体船侧体布局对纵向运动性能的影响

针对五体船前后侧体的不同位置，分析了侧体布局对五体船纵向运动的影响.采用Rankine面元法计算了五体船在规则波中前后侧体12种布置方案下的纵向运动响应RAO，分析了前后侧体纵向、垂向位置变化对船体运动的影响规律.考虑非线性因素，在非规则波中计算了五体船运动响应时历，比较了高、低航速时侧体位置变化对运动响应有义值的影响特点.分析结果表明：五体船前后侧体布局对运动的影响与航速密切相关，后侧体在低航速时靠近船中布置、高航速时靠近船尾布置更有利于减小船体垂荡运动；通过降低前侧体垂向高度和靠近船首布置有利于减小五体船垂荡和纵摇运动.     

高速无人艇纵向航行性能试验

针对水面无人艇纵向航行问题进行静水拖曳试验.采用有限体积法结合Shear Stress Transpor(SST)湍流模型,应用动网格技术对模型周围绕流场进行了数值模拟,计算裸船体阻力及航行姿态.将数值计算与试验值对比分析,结果表明两者变化趋势相一致,该方法在阻力计算方面具有较好的精度.探讨了重心纵向相对位置对无人艇纵向性能的影响,结果表明,重心位置前移会降低第一阻力峰值,有利于避免“海豚运动”,但同时会降低最高航速.     

大型船舶浅水增阻和流场特性数值研究

为了分析大型船舶在浅水中航行时浅水效应对船舶阻力和流场特性的影响,以标准船型KCS(KRISO container ship)为对象,采用RANS(reynolds average navier-stokes)方法,对大型船舶在浅水中航行的船舶增阻和流场特性进行了数值研究,水深吃水比设定为1.5,计算域采用切割体自动划分网格,分析了浅水中船舶在不同航速下的阻力和流场变化规律,为大型船舶在浅水域中航行的水动力特性研究、最佳航速的选择以及航行安全等提供参考。研究发现浅水中航行的船舶,船舶阻力的增加主要为兴波阻力的增加,当航速处于跨临界区和超临界区时,阻力增加更为明显。     

规则波中船舶Froude-Krylov力的解析积分计算

Froude-Krylov力是船舶航行中所受的主要作用力,对Froude-Krylov力的精确计算尤为重要.将船体平均湿表面划分为一定数量的四边形平面面元,在每个面元局部坐标系内,对四边形平面面元的边长坐标进行参数化处理.对于给定的线性入射波波高函数,基于格林定理,推导了Froude-Krylov力在平面面元上的解析压力积分表达式,避免由于数值积分方法计算Froude-Krylov力产生的误差的同时,船体所需划分的面元数量大大减少.研究了水深在不同波长及浪向角下对船体所受Froude-Krylov力的影响,并进一步基于线性时域理论,对绕射力采用三维时域格林函数法进行计算.对具有前进速度的WigleyⅠ型船进行仿真,计算结果表明:水深大于船长的一半时,船体所受的Froude-Krylov力逐渐接近于无限水深所受的Froude-Krylov力;水深无限时,作用在船体上的波浪激励力计算结果与试验值在大部分频率范围内吻合较好.因此,由解析压力积分求取Froude-Krylov力的算法有效性得到验证.     

水下自主航行器舵翼水动力性能分析

针对300 kg级水下自主航行器尾舵设计的关键问题,采用三维计算流体力学方法,计算了梯形舵在不同航速下的流体力学性能,得到不同舵角条件下水下航行器舵翼的水动力性能与流场分布,分析了不同舵角水动力性能变化原因和声呐对垂直上舵产生的影响,同时对舵翼进行了优化设计.结果表明,当水下航行器正常航行时,舵翼攻角大于20°后,舵翼水动力性能明显下降.优化发现后掠7.71°的舵翼在理论上具有更好的水动力性能,为水下航行器的后续设计提供参考.     

一类低速船舶兴波阻力的数值研究

本文根据下潜源思想改进的Hess-Smith方法和有限水深慢船理论,编制了相应的船体势流和兴波阻力的计算程序.通过对球鼻首进行特殊处理,将该程序运用于一类低速船舶——某散货船母型及两种改型的波阻研究.结果表明本方法可很好地区分仅球鼻首有微小差别的母型及其改型的兴波性能,该类船舶在同一水深下的波阻变化规律与无限水深一致.最后选出一种较优船型进行了进一步研究,探讨了浅水效应.     

在水运系统中用排队理论优选船舶与泊位元素

本文论述了一种以排队理论结合蒙特卡洛试验分析随机模拟船舶营运,以秦皇岛至上海航线上的煤炭运输为例进行水运系统分析的方法.分析中的变量参数有:船型尺度,泊位规模与个数,装卸机械的型式和装卸率.按实际情况分析,确定了船舶到达的分布函数和装卸服务时间的分布函数,以适当的经济指标为目标函数,对船舶、装卸机械和泊位的组合情况进行了计算.可以看出在此水运系统中泊位投资相对船舶投资比例较小,若采用低速和较小长宽比的船舶并配有高效的连续式装卸机将会有较好的经济效益.     

高速船垂向振动计算的流固耦合分析

寻求一种既能提高高阶计算精度,又计算简便能满足工程要求的实用计算模型,以提高振动预报的精度,这对于高速船的设计计算是迫切需要的,建立了二维模型杆-膜和梁-膜模型,船体结构部分采用二维有限元法计算,流体部分采用考虑线性自由表面条件和采用高频极限近似两种二维边界元法计算,应用改进的行列式搜索法以及交叉迭代法求解特征值及对应的特征向量,解决流固耦合问题.通过采用不同的附加质量计算方法以及不同的模型(杆-膜或梁-膜模型)分别进行计算,并对结果进行了比较分析.实船计算表明,编制的程序计算结果可靠,具有较强的工程实用价值.     

微流量控制钻井中两相许用钻杆下行速度研究

针对微流量控制钻井中气液两相许用钻杆下行速度问题,考虑气体滑脱、相与环空壁面阻力、回压及井底压 差,开展了对不同井深的气液两相许用钻杆下行速度半经验模型的研究,获得了气液两相许用钻杆下行速度的变化规 律。当钻杆在气液两相中下行运动时,回压的增大使井筒空隙率减小、气液两相密度增大,加载在井底的有效压力增 大,从而使许用钻杆下行速度减小;当井底气侵量增大,此时井底压力小于地层压力,许用钻杆下行速度增大,可借助 增大的激动压力消除一部分井底与地层欠压差;当井底安全压差减小,许用钻杆下行速度呈减小趋势。控压钻井中精 确计算钻杆许用下行速度,可增大钻井时效。     

核压力部件缺陷全息无损检测的有限元分析

针对核压力部件所含典型缺陷,建立简化缺陷的力学模型,采用有限元数值法计算和讨论了两种极端缺陷的大小与深度,材料性质及内压值之间的关系,为了考查计算的可靠性,文中对所建立的缺陷力学模型按Ｔｉｍｏｓｈｅｎｋｏ理论进行计算和在缺陷的钢容器上进行双爆光全息干涉实验,理论和实验结果表明,所做缺陷模型的有限元分析计算结果有足够的精度,且计算数据可为核压力部件全息无损检测研究提供参考。     

几种千吨级高性能船型阻力性能对比

为对千吨级圆舭船、深V船、穿浪双体船、三体船型阻力性能进行对比分析,采用Noblesse改进新细长体兴波阻力理论,并考虑基元波波陡限制,计算各船型兴波阻力,试验结果验证了该数值计算方法的有效性.计算了等排水量的上述船型的兴波阻力和总阻力,给出了各船型阻力性能特点和航速适用范围.     

真空负压软基加固特性三维数值分析

基于三维Biot固结理论,考虑涂抹效应,采用修正剑桥模型和渗透系数均质化方法,应用ABAQUS软件对真空负压下软基加固过程进行三维有限元计算,对不同加载方式、变化渗透系数和密封深度这3种因素的有限元计算结果进行比较分析。结果表明:三维有限元能更真实地反映真空负压固结过程,砂垫层节点施加荷载方式的计算值与实测值吻合较好;考虑渗透系数随孔隙比变化时,表面沉降量、沉降趋势和固结度更接近实际情况;最优有效密封深度约为3 m。     

欠平衡钻井随钻试井数学模型及实用方法研究

认为欠平衡钻井的物理过程与传统的测试理论的主要区别是 :随着欠平衡钻井的进行 ,井深不断增加 ,产层的暴露厚度是时间的函数 ;产能与井底压力是随时间变化的 .在原有的试井理论基础上 ,推导出欠平衡钻井随钻试井数学模型 ,并结合现有的试井方法 ,提出欠平衡钻井随钻试井实用方法——修正压降试井法和修正压力恢复试井法 .同时 ,结合两口井的欠平衡钻井现场实例数据进行了该方法的计算 ,结果与实际地层压力对比 ,偏差较小 ,从而验证了这方法的可行性     

薄层底水油藏部分打开直井试井解释方法研究

底水油藏在我国较为常见,建立了薄层底水油藏瞬时点源扩散方程,利用Lord Kelvin 点源解、叠加原理、镜像反应等获得了该类油藏渗流微分方程的基本解,利用Poisson叠加公式简化表达式,结合点源函数的思想求解了薄层底水油藏直井压力响应函数,计算得到了无因次压力和压力导数双对数理论图版,并在此基础上分析了薄层底水油藏直井渗流特征及其影响因素,编制了试井解释软件。