基于OpenFOAM的破损船舶横摇阻尼

运用OpenFOAM对完整和破损船舶在静水中进行自由横摇衰减运动的数值模拟,分析得到船舶的线性和非线性横摇阻尼系数.从初始横摇角、舭龙骨附体、破损形式以及破损过程等多个角度对横摇阻尼进行细致的比较和讨论,揭示了破损船舶的横摇阻尼特性.同时开展破损模型试验以验证数值方法的可靠性.在破损船舶的横摇运动数值模拟中,建立了第二类及第三类破损模型,成功处理了内外水耦合及内外水相通的复杂流体流动问题,为破损船舶的横摇运动和倾覆研究奠定了基础,并为破损船舶的稳性衡准制定提供了技术参考.     

基于重叠网格的C11集装箱船自由衰减横摇模拟

为研究C11型集装箱船的大幅横摇阻尼,基于STAR-CCM+软件平台,使用重叠网格技术和流体体积函数(VOF)方法,通过求解纳维-斯托克斯方程,对该船零航速和有航速下自由衰减横摇运动进行数值模拟.数值模拟结果表明:湍流模型、运动方程约束自由度设置情况、初始横摇角释放时间等对横摇结果影响较大;使用k-epsilon湍流模型、放开6自由度、待流场稳定后释放船模所得的计算结果与试验值符合较好.     

船舶横摇非线性阻尼系数识别

根据自由横摇曲线估算船舶横摇非线性阻尼系数,用于预报船舶海浪中的运动．提出了能量衰减函数的概念,并由实际能量衰减函数与估算能量衰减函数之间的方差最小来确定非线性阻尼系数．由船模的自由横摇试验曲线,分别估算了平方阻尼模型及立方阻尼模型的非线性阻尼系数,并与试验数据进行了比较.结果表明,在考虑了试验测量误差的情况之下,计算结果同试验结果很接近,可用于预报实船非线性横摇运动．该方法不需要事先确定阻尼的准确形式,并且可以满足大角度横摇回复力矩强非线性的要求．     

三维方形浮式储油卸油装置横摇阻尼预报

针对三维方形浮式储油卸油装置(FPSO)海上浮式结构,基于计算流体力学理论,采用重叠网格技术,计及自由面影响,求解雷诺平均方程,对其自摇衰减运动和强迫摇荡运动进行数值模拟.对DTMB5512裸船体自由横摇衰减运动进行模拟,将计算结果和试验数据对比;同时对尺度效应以及网格相关性进行比较分析,验证方法的可靠性.根据计算结果提出结构修改方案,计算各方案相同幅值相同频率下平台强迫摇荡阻尼系数,为工程上的结构设计提供依据.     

一种基于计算流体力学的三维船舶横摇阻尼预报方法

针对三维船体强迫振荡运动,以黏性流理论为基础,通过求解雷诺平均纳维 斯托克斯(Reynolds averaged Navier Stokes,RANS)方程,计及自由面影响情况,对S60船在有航速和无航速时不同幅值的横摇运动进行了数值模拟.分析计算了三维船模的横摇阻尼系数,研究了横摇幅值和航速对横摇阻尼的影响,并与试验值和势流计算值进行了比较.结果表明,数值模拟能够显现出船体流场非线性特征以及黏性的影响,横摇阻尼系数与试验值吻合良好,较势流方法预报更为准确,可广泛应用于船舶与海洋工程浮式结构物的水动力性能分析研究.     

减摇水舱晃荡运动数值模拟研究

减摇水舱是一种全航速下都能起到减摇效果的减摇装置,研究减摇水舱在晃荡运动过程中减摇力矩的变化规律,是一件很有意义的工作.首先,考虑到减摇水舱在晃荡运动的过程中水舱角的变化对阻尼系数的影响,将阻尼系数看作一个时变的函数;然后求解船舶-水舱系统横摇方程,计算不同频率简谐运动形式下,减摇水舱对于船舶提供的减摇力矩;最后应用CFD方法,对水舱在上述运动形式下的晃荡过程进行3D数值模拟,求得的减摇力矩与理论计算值比较吻合.该研究工作为减摇水舱减摇力矩的计算提供了一个新方法,同时也为下一步的研究奠定了理论基础.     

破舱进水对船舶横摇运动的影响

为研究船舱破损进水对船舶横摇运动的影响,建立了破舱进水船舶在规则横浪中的横摇运动微分方程,将进舱水晃荡产生的动力矩作为作用于船舶的外力矩.利用FLOW-3D对进舱水产生的动力矩进行仿真模拟计算,利用Matlab编程对破舱进水的横摇运动方程求解,计算分析破舱进水晃荡对船舶横摇运动的影响.以一艘拖轮为例,用时域法对不同波浪频率下的横摇运动响应进行计算,对比分析了规则横浪中的完整和破舱状态船舶的横摇运动响应特性.结果表明,在船舶大幅运动时,进舱水液面会成波浪状,产生翻卷和破碎,引起较大的合外力矩,使横摇运动幅值增大,危及船舶安全.     

应用路径积分法求解船舶横摇倾覆概率

通过对船舶非线性横摇运动进行分析,建立了船舶横摇运动的非线性微分方程.以路径积分法(PIS)为基础,在时间域内求解相应的二维Fokker-Planck方程,得到随时间演变的船舶横摇运动的转移概率密度.运用首次通过理论,求得船舶倾覆前时间的概率分布.研究了外部激励、横摇阻尼和非线性复原力矩对船舶横摇运动转移概率密度与首次通过时间的影响.研究结果表明,PIS能用于预测船舶首次通过时间概率分布,从而为船舶设计和稳性衡准提供相关的参考.
     

基于MLP方法的船舶大幅横摇近似解析解

具有一定精度的近似解析解可以将船舶横摇运动特征直接与船体参数相联系,便于分析船体参数对横摇运动及稳定性的影响.文中考虑阻尼力矩和恢复力矩的非线性建立了船舶在规则波中的横摇运动方程;为了克服弱非线性的局限性,采用改进的Lindstedt-Poincare(MLP)方法对横摇运动方程进行摄动求解,经细致推导得到精确至二阶的解析解(静水中)和精确至一阶的解析解(波浪中).最后对一目标船分别采用MLP和数值算法进行求解,验证了近似解析解的正确性.     

舱内晃荡对船舶横摇影响的数值分析

利用两相流模型对带自由面的流动问题进行了数值模拟,计算了舱内水体晃荡对水舱横摇运动的影响。利用计算流体力学软件ＣＦＸ－４,模拟了舱体大幅横摇时水的晃荡、翻卷和重入,通过对不同的舱内水深、不同摇幅的水舱强迫和自由晃荡问题的数值计算,发现舱内水深对晃荡力矩有重要影响,在给定的计算频率下,浅水的影响比深水更大。     

潮流能电站载体水动力响应分析

随着海洋能开发向深水的发展,潮流能的开发也有向更深海域发展的趋势.稳定可靠的水轮机载体,对水轮机正常工作及发挥其最大工作效率有着很大的影响.针对深水中水轮机浮式载体的水动力响应性能,基于三维势流理论,利用SESAM软件计算分析了2种不同载体的水动力性能,在对浮体运动性能影响较大的横摇、纵摇水动力响应方面,双体船的最大横摇角及最大纵摇角明显小于单体驳船.经对比分析得出,双体船形式载体在水动力性能方面更具优势.     

舰船横摇垂荡非线性耦合的动力不稳定区域

研究了横摇和垂荡非线性耦合情况下的动力不稳定区问题,在船舶顶浪情况下,采用约束参数法分别对非线性耦合和线性耦合的方程进行了稳定性分析,得到稳定区域传递曲线方程。用龙格－库塔数值积分方法分别对此两类方程选择多种类型参数值进行摇摆响应分析,观察到横摇回复运动、周期稳态运动、以及混沌和倾覆等现象,验证了理论分析的结果,理论与数值分析表明,横摇和垂荡的非线性耦合对于船舶摇摆是不可忽略的非线性因素,采用约束     

潜艇操纵运动的变结构控制

以潜艇操纵运动为对象，用变结构控制方法设计了一种潜艇空间运动的联合控制系统，其中水平面控制系统能对横摇运动施以主动控制，垂直面控制系统采用了自由递阶设计思想，可以有效地抑制运动耦合效应引起的干扰．系统仿真表明，所设计的控制系统动态品质良好，有较强的鲁棒性     

W型通风采空区自燃带和瓦斯运移规律的数值模拟

利用计算流体力学软件Fluent对焦煤集团某矿2303综放面采空区进行了数值模拟,研究2303综放面采用W型通风方式下采空区的自燃带和瓦斯运移规律。结果表明:2303综放面采用W型通风系统后,工作面两端压差较少,可以有效防止采空区煤炭自燃,能起到均压防灭火的作用,可以有效的解决上隅角瓦斯超限问题和减小采空区瓦斯爆炸界限宽度,通过对W型通风方式下两条进风巷风量为1:1、1:2、2:3时进行分析得出,当两条进风巷风量相同时工作面向采空区漏风量和工作面两端压差最小。现场实测氧气浓度与数值模拟氧气浓度相吻合,验证了数值模拟方法的可靠性。     

沥青带材流延工艺冷却过程数值模拟

为了探究沥青带材在流延加工时的冷却过程以及优化生产工艺,通过计算流体力学（CFD）数值模拟,将沥青带材的流延加工过程简化成2D高黏度流体与传热过程,建立了多层沥青带材-冷却辊二维模型,并分析了带材厚度、进料位置和辊筒直径对沥青流延工艺传热过程的影响。结果表明：沥青厚度对辊筒冷却段的降温过程影响显著,第一层流延沥青的厚度越小,辊筒对其冷却效果越好,越有利于第二层覆膜;适当前移第一次沥青流延的进料位置,并缩短两次进料的间距,能够改善辊筒的冷却效果;增大冷却辊筒直径可以增加冷却时间,提高冷却效果。     

基于V型轨道的电磁悬浮列车的悬浮导向技术

提出一种基于V型轨道的电磁悬浮(electro-magneticsuspension,EMS)型磁浮列车结构,该结构采用一套车载磁体及地面长定子线圈实现悬浮导向和牵引功能.首先,建立该结构列车平面运动的动力学模型,分析得出其含悬浮、导向和滚动运动在内的开环系统是不稳定的,但均可控.其次,根据其悬浮运动独立,而导向和滚动运动相互耦合的特性,提出独立设计悬浮控制器、导向和滚动控制器的控制策略.最后,针对某设计例构造反馈控制器.仿真结果表明,悬浮、导向及滚动运动都可实现稳定控制,同时验证了基于V型轨道由一套磁体同时实现悬浮导向和牵引的可行性.     

基于SPH方法的二维矩形舱液体晃荡数值研究

储液舱内液体晃荡是当外激激励频率与容器内部液体自由液面的固有频率接近时,液体产生的剧烈共振运动.采用光滑粒子流体动力学(SPH)方法,在二维矩形舱低载液率横荡和横摇激励下,自由液面共振频率附近4个激励频率处开展数值研究.对比数值和对应实验中全局自由液面波形和冲击压力时程发现,SPH方法可以很好地模拟液体晃荡时的波形,如水跃、破碎波等自由液面的大变形运动.此外,该方法可用于模拟和评估非共振区域晃荡荷载的特性.建议采用两相流来模拟共振频率下液体剧烈的晃荡运动.     

波流及自由面对跨海桥隧预制结构水动力性能影响的数值分析

为提高静水和波流共同作用下的沉管和沉井浮运阻力计算效率，基于通用CFD软件StarCCM+和FLUENT及其二次开发，采用了包括叠模方法、VOF定常和非定常算法在内的几种水动力CFD计算方法并结合数值造波法，探讨了波流、自由面及流向角等因素对浮运阻力的影响.研究表明：对于静水计算，沉管可以忽略自由面的影响，沉井则不然；对于沉井，由于具有中空的内腔，VOF定常算法会抹掉由于初速影响产生的内部流体晃荡，而非定常算法则可以模拟出该晃荡现象.