本文關(guān)鍵詞：基于現(xiàn)實(shí)海浪譜和CFD的船舶耐波性預(yù)報(bào)

  更多相關(guān)文章： 船舶耐波性 船載測(cè)波雷達(dá) 海浪譜 計(jì)算流體力學(xué) 船舶風(fēng)浪航行

【摘要】：準(zhǔn)確預(yù)報(bào)船舶在波浪中的各種動(dòng)態(tài)響應(yīng),是現(xiàn)今國(guó)內(nèi)外航海界、船舶水動(dòng)力學(xué)界關(guān)注的熱點(diǎn)和前沿課題。當(dāng)前雷達(dá)測(cè)波系統(tǒng)是唯一船載能夠?qū)崟r(shí)獲取船舶所在海域波浪信息,并已獲得德國(guó)船級(jí)社和挪威船級(jí)社認(rèn)證的設(shè)備。另一方面,和實(shí)船測(cè)試、船模水池試驗(yàn)、勢(shì)流理論計(jì)算相比,具有獨(dú)特優(yōu)勢(shì)的船舶計(jì)算流體力學(xué)(Ship Computational Fluid Dynamics,簡(jiǎn)稱SCFD)方法在船舶耐波性領(lǐng)域取得了豐富成果。本文充分汲取了上述兩方面的研究成果,提出了基于雷達(dá)測(cè)波的現(xiàn)實(shí)海浪譜和SCFD的船舶耐波性預(yù)報(bào)新模式。SCFD是CFD的一個(gè)分支,運(yùn)用范疇較窄,因此本文的題目仍用“CFD”表述,以避免誤解。據(jù)此,本文以裝備測(cè)波雷達(dá)的海洋22號(hào)船為對(duì)象,獲取了大量實(shí)測(cè)海浪數(shù)據(jù),同時(shí)采集了該船的搖蕩時(shí)歷,率先采用子波時(shí)間序列——回聲狀態(tài)網(wǎng)絡(luò)方法,實(shí)現(xiàn)了基于雷達(dá)測(cè)波信息的10小時(shí)較精確的現(xiàn)實(shí)海浪頻譜預(yù)報(bào)。采用移動(dòng)網(wǎng)格和滑移網(wǎng)格相結(jié)合的優(yōu)化的SCFD模式,進(jìn)行了目標(biāo)船在基于Jonswap譜等普適譜和基于現(xiàn)實(shí)譜的船舶搖蕩對(duì)比試驗(yàn)。結(jié)果表明：現(xiàn)實(shí)譜明顯優(yōu)于普適譜；優(yōu)化的SCFD模式有較高的可信度；兩者相結(jié)合的船舶耐波性預(yù)報(bào)和實(shí)測(cè)值吻合良好。本文以優(yōu)化的SCFD模式,實(shí)現(xiàn)了船舶在中高海況下以不同航向航速航行時(shí)縱搖、垂蕩和橫搖三自由度耦合運(yùn)動(dòng)的數(shù)值模擬,給出了縱搖、垂蕩和橫搖運(yùn)動(dòng)響應(yīng)譜。研究了中高海況下船舶的上浪、砰擊和增阻問題,給出了這些強(qiáng)非線性動(dòng)力效應(yīng)與航向航速的關(guān)系。實(shí)現(xiàn)了砰擊、上浪監(jiān)測(cè)點(diǎn)處的連續(xù)監(jiān)測(cè),為砰擊、上浪發(fā)生的次數(shù)和強(qiáng)度研究提供了定量分析的依據(jù)。船舶隨浪運(yùn)動(dòng)的純穩(wěn)性喪失一直是船舶耐波性研究中的難點(diǎn)問題,也是國(guó)際海事組織(IMO)關(guān)注的課題。本文基于SCFD方法,對(duì)隨浪純穩(wěn)性損失最嚴(yán)重的情況——‘‘騎浪”(波長(zhǎng)等于船長(zhǎng),波峰位于船舯)時(shí)的穩(wěn)性進(jìn)行研究,對(duì)船模在靜水及2種不同規(guī)則波波高中騎浪的流場(chǎng)進(jìn)行了數(shù)值模擬,得到了船舶穩(wěn)性曲線。結(jié)果表明：船舶騎浪航行時(shí),波傾角越大,純穩(wěn)性損失越嚴(yán)重；騎浪航行時(shí)航速較高,船行波的影響不可忽略。研究成果為船舶隨浪航行時(shí)的純穩(wěn)性損失的精確計(jì)算提供了新的途徑。
【關(guān)鍵詞】：船舶耐波性 船載測(cè)波雷達(dá) 海浪譜 計(jì)算流體力學(xué) 船舶風(fēng)浪航行
【學(xué)位授予單位】：大連海事大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：U661.32
【目錄】：

• 創(chuàng)新點(diǎn)摘要5-6
• 摘要6-7
• ABSTRACT7-12
• 第1章 緒論12-34
• 1.1 研究背景和意義12-15
• 1.1.1 研究背景12-14
• 1.1.2 研究的意義14-15
• 1.2 相關(guān)問題的國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀15-31
• 1.2.1 雷達(dá)測(cè)波和海浪譜15-18
• 1.2.2 SCFD和船舶耐波性18-24
• 1.2.3 穩(wěn)性問題24-30
• 1.2.4 若干結(jié)論30-31
• 1.3 本文研究框架31-34
• 第2章 基于雷達(dá)測(cè)波當(dāng)前海浪譜的頻譜預(yù)報(bào)34-58
• 2.1 引言34-36
• 2.2 船載雷達(dá)測(cè)波及測(cè)波數(shù)據(jù)分析36-43
• 2.2.1 船載雷達(dá)測(cè)波系統(tǒng)36-37
• 2.2.2 當(dāng)前海浪譜數(shù)據(jù)格式37-40
• 2.2.3 測(cè)波數(shù)據(jù)分析與相對(duì)譜轉(zhuǎn)化絕對(duì)譜40-43
• 2.3 基于雷達(dá)測(cè)波信息的海浪頻譜預(yù)報(bào)方法43-44
• 2.4 回聲狀態(tài)網(wǎng)絡(luò)44-49
• 2.4.1 回聲狀態(tài)網(wǎng)絡(luò)模型結(jié)構(gòu)45-46
• 2.4.2 網(wǎng)絡(luò)算法分析46-47
• 2.4.3 回聲狀態(tài)網(wǎng)絡(luò)的關(guān)鍵參數(shù)47-49
• 2.5 子波分解—回聲狀態(tài)網(wǎng)絡(luò)海浪頻譜預(yù)報(bào)方法49-51
• 2.5.1 預(yù)報(bào)流程49
• 2.5.2 結(jié)果分析49-51
• 2.6 建立深海非平穩(wěn)海浪頻譜數(shù)模51-53
• 2.7 基于回聲狀態(tài)網(wǎng)絡(luò)的搖蕩預(yù)報(bào)53-57
• 2.7.1 搖蕩數(shù)據(jù)采集53-54
• 2.7.2 基于回聲狀態(tài)網(wǎng)絡(luò)的船舶搖蕩連續(xù)預(yù)報(bào)方法54-55
• 2.7.3 預(yù)報(bào)結(jié)果分析55-57
• 2.8 本章小結(jié)57-58
• 第3章 基于雷達(dá)測(cè)波現(xiàn)實(shí)譜和普適譜的船舶搖蕩響應(yīng)比較研究58-74
• 3.1 引言58
• 3.2 基于數(shù)值波浪水池的構(gòu)建58-62
• 3.2.1 數(shù)值造波和消波方法58-59
• 3.2.2 船舶搖蕩運(yùn)動(dòng)數(shù)學(xué)模型59-61
• 3.2.3 船舶耐波性問題數(shù)值模擬流程61-62
• 3.3 雷達(dá)測(cè)波現(xiàn)實(shí)譜波浪環(huán)境生成62-66
• 3.3.1 數(shù)值模擬方案62
• 3.3.2 計(jì)算域、邊界條件及網(wǎng)格劃分62-64
• 3.3.3 數(shù)值模擬結(jié)果及分析64-66
• 3.4 基于現(xiàn)實(shí)譜和普適譜的船舶搖蕩運(yùn)動(dòng)比較研究66-72
• 3.4.1 數(shù)值模擬方案66-67
• 3.4.2 計(jì)算域、邊界條件及網(wǎng)格劃分67-68
• 3.4.3 數(shù)值模擬結(jié)果及分析68-72
• 3.5 本章小結(jié)72-74
• 第4章 基于雷達(dá)測(cè)波現(xiàn)實(shí)譜的船舶搖蕩及動(dòng)力響應(yīng)數(shù)值模擬研究74-98
• 4.1 引言74
• 4.2 數(shù)值試驗(yàn)設(shè)計(jì)74-79
• 4.2.1 數(shù)值模擬方案74-77
• 4.2.2 計(jì)算域、網(wǎng)格劃分77-78
• 4.2.3 邊界條件78-79
• 4.3 船舶三自由度搖蕩數(shù)值模擬結(jié)果及分析79-87
• 4.3.1 數(shù)值模擬結(jié)果79-85
• 4.3.2 航向、航速對(duì)搖蕩運(yùn)動(dòng)的影響85-87
• 4.4 上浪的數(shù)值模擬結(jié)果及分析87-90
• 4.4.1 上浪的瞬時(shí)分析87-88
• 4.4.2 航向、航速對(duì)上浪的影響88-90
• 4.5 砰擊的數(shù)值模擬結(jié)果及分析90-94
• 4.5.1 砰擊的瞬時(shí)分析90-91
• 4.5.2 航向?qū)ν怙h砰擊的影響91-93
• 4.5.3 航速對(duì)外飄砰擊的影響93-94
• 4.6 增阻的數(shù)值模擬結(jié)果及分析94-97
• 4.6.1 平均增阻94
• 4.6.2 二維不規(guī)則波中平均增阻的線性計(jì)算方法94-95
• 4.6.3 增阻的數(shù)值模擬結(jié)果95-97
• 4.7 本章小結(jié)97-98
• 第5章 船舶隨浪穩(wěn)性研究98-118
• 5.1 引言98-99
• 5.2 船舶隨浪數(shù)值水池構(gòu)建99-103
• 5.2.1 隨浪航行波浪數(shù)值模型99
• 5.2.2 優(yōu)化的數(shù)值模擬方法99-100
• 5.2.3 波浪數(shù)值模擬結(jié)果100-103
• 5.3 船舶固定橫傾角騎浪航行實(shí)驗(yàn)103-112
• 5.3.1 船模選擇及實(shí)驗(yàn)參數(shù)103-104
• 5.3.2 計(jì)算域、網(wǎng)格劃分104-105
• 5.3.3 邊界條件設(shè)置105
• 5.3.4 復(fù)原力臂計(jì)算105-107
• 5.3.5 數(shù)值模擬結(jié)果及分析107-112
• 5.4 船舶騎浪橫搖試驗(yàn)112-116
• 5.4.1 波高影響實(shí)驗(yàn)112-113
• 5.4.2 垂蕩影響實(shí)驗(yàn)113-116
• 5.5 本章小結(jié)116-118
• 第6章 結(jié)論及展望118-122
• 6.1 本文所做的主要工作及結(jié)論118-119
• 6.2 取得的主要?jiǎng)?chuàng)新性成果119-120
• 6.3 今后的工作展望120-122
• 攻讀學(xué)位期間公開發(fā)表論文122-123
• 參加科研項(xiàng)目123-124
• 參考文獻(xiàn)124-134
• 致謝134-136
• 作者簡(jiǎn)介136

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：636717