本文關(guān)鍵詞：船首甲板上浪問(wèn)題的數(shù)值模擬

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【摘要】：當(dāng)船舶在惡劣海況中航行時(shí),船體與波浪之間的大幅度相對(duì)運(yùn)動(dòng)將導(dǎo)致大量水體由船首、船側(cè)及船尾涌上甲板,形成甲板上浪現(xiàn)象。甲板上浪對(duì)船舶航行及安全方面的不良影響包括:上浪水體對(duì)甲板上裝置的劇烈沖擊、破壞;船舶被迫改變航向;船體運(yùn)動(dòng)受到強(qiáng)烈影響以及對(duì)駕駛員視線被干擾等。嚴(yán)重的甲板上浪現(xiàn)象可能導(dǎo)致船體嚴(yán)重受損甚至傾覆。這不僅會(huì)導(dǎo)致經(jīng)濟(jì)財(cái)產(chǎn)的損失,更可能造成嚴(yán)重的人員傷亡。近來(lái),也有試驗(yàn)表明,在船側(cè)出現(xiàn)的甲板上浪現(xiàn)象對(duì)船舶的參數(shù)橫搖現(xiàn)象也會(huì)造成一定影響。正因如此,不論對(duì)于民船還是軍船,甲板上浪現(xiàn)象對(duì)于船舶結(jié)構(gòu)、人員安全以及船舶性能的影響一直是船舶設(shè)計(jì)過(guò)程中所要考慮的重要因素。此外,歷史上多起由甲板上浪導(dǎo)致的浮式生產(chǎn)儲(chǔ)油輪(Floating Production Storage and Offloading(FPSO))停產(chǎn)及結(jié)構(gòu)破壞說(shuō)明,對(duì)于無(wú)航速的船型海洋結(jié)構(gòu)物來(lái)說(shuō),甲板上浪也是需要考慮的因素之一。本論文將在總結(jié)前人研究工作的基礎(chǔ)上,使用naoe-FOAM-SJTU求解器求解不可壓Navier-Stokes(N-S)方程,完成對(duì)甲板上浪過(guò)程的模擬。模擬過(guò)程包括了完整數(shù)值造波、消波,船體與波浪間相互作用的直接耦合、水體上浪砰擊、波浪翻卷破碎等物理現(xiàn)象。本文首先驗(yàn)證了naoe-FOAM-SJTU求解器對(duì)船體在波浪上運(yùn)動(dòng)、自由面大變形(翻卷、破碎等)、甲板上浪砰擊壓力的預(yù)報(bào)等的準(zhǔn)確性。通過(guò)詳細(xì)的收斂性驗(yàn)證、與試驗(yàn)結(jié)果的對(duì)比,針對(duì)甲板上浪問(wèn)題,找到合適的數(shù)值求解方式。在此基礎(chǔ)上,本文對(duì)二維、三維情況下固定及運(yùn)動(dòng)船體的甲板上浪問(wèn)題進(jìn)行了數(shù)值模擬,研究了甲板上浪過(guò)程對(duì)船體運(yùn)動(dòng)的影響,探討了直接耦合計(jì)算船體運(yùn)動(dòng)和甲板上浪過(guò)程的必要性。通過(guò)與模型試驗(yàn)結(jié)果等的比較,對(duì)不同波浪參數(shù)、航速情況下的甲板上浪形式、上浪過(guò)程中水體演化以及水體對(duì)甲板及上層建筑的砰擊力等進(jìn)行了分析研究。
【關(guān)鍵詞】：甲板上浪 上浪砰擊 數(shù)值模擬 naoe-FOAM-SJTU求解器
【學(xué)位授予單位】：上海交通大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：U661
【目錄】：

• 摘要3-5
• ABSTRACT5-10
• 第一章 緒論10-34
• 1.1 研究背景與意義10-12
• 1.2 甲板上浪問(wèn)題研究現(xiàn)狀12-32
• 1.2.1 模型試驗(yàn)研究13-17
• 1.2.2 理論研究方法17-27
• 1.2.3 數(shù)值方法研究27-32
• 1.3 naoe-FOAM-SJTU求解器簡(jiǎn)介32
• 1.4 本文主要工作32-34
• 第二章 甲板上浪數(shù)值模擬的理論基礎(chǔ)34-48
• 2.1 粘性流體數(shù)學(xué)模型及數(shù)值方法34-40
• 2.1.1 控制方程34
• 2.1.2 自由面處理方法34-36
• 2.1.3 方程離散36-38
• 2.1.4 速度和壓力的解耦求解38-39
• 2.1.5 求解流程39-40
• 2.2 數(shù)值波浪水池40-41
• 2.2.1 數(shù)值造波40-41
• 2.2.2 數(shù)值消波41
• 2.3 船體運(yùn)動(dòng)計(jì)算41-46
• 2.3.1 動(dòng)態(tài)變形網(wǎng)格41-42
• 2.3.2 六自由度運(yùn)動(dòng)模型42-45
• 2.3.3 傅里葉級(jí)數(shù)展開(kāi)45-46
• 2.4 本章小結(jié)46-48
• 第三章 潰壩問(wèn)題驗(yàn)證分析48-56
• 3.1 模型及主要參數(shù)48-49
• 3.1.2 計(jì)算網(wǎng)格及工況49
• 3.2 潰壩演化過(guò)程49-50
• 3.3 潰壩過(guò)程中自由面變化50-52
• 3.4 潰壩導(dǎo)致的砰擊壓力52-54
• 3.5 池底切應(yīng)力與水流速度54-55
• 3.6 本章小結(jié)55-56
• 第四章 固定平臺(tái)的甲板上浪研究56-74
• 4.1 模型參數(shù)及算例配置56-59
• 4.2 網(wǎng)格和時(shí)間收斂性驗(yàn)證59-66
• 4.3 固定平臺(tái)的潰壩型甲板上浪66-71
• 4.3.1 上浪過(guò)程中水體演化66-69
• 4.3.2 上層建筑所受水平砰擊載荷69-71
• 4.4 本章小結(jié)71-74
• 第五章 迎浪航行集裝箱船的船首甲板上浪74-104
• 5.1 船型及主要參數(shù)74-75
• 5.2 船體大幅度垂向運(yùn)動(dòng)響應(yīng)75-79
• 5.2.1 計(jì)算網(wǎng)格及工況75-76
• 5.2.2 不同波長(zhǎng)下的垂向運(yùn)動(dòng)響應(yīng)76-79
• 5.2.3 三維船體垂向運(yùn)動(dòng)模擬小結(jié)79
• 5.3 迎浪航行中的甲板上浪79-102
• 5.3.1 計(jì)算網(wǎng)格及工況79-82
• 5.3.2 不同工況下甲板上浪對(duì)船體運(yùn)動(dòng)的影響82-87
• 5.3.3 迎浪航行時(shí)典型甲板上浪過(guò)程中的自由面演化87-88
• 5.3.4 甲板上浪過(guò)程中速度場(chǎng)的演化88-90
• 5.3.5 三維效應(yīng)對(duì)水體流動(dòng)的影響90
• 5.3.6 固定及放開(kāi)船體自由度對(duì)上浪的影響90-91
• 5.3.7 不同航速對(duì)甲板上浪的影響91-99
• 5.3.8 不同波高對(duì)甲板上浪的影響99-100
• 5.3.9 船體大幅度運(yùn)動(dòng)導(dǎo)致的船底砰擊現(xiàn)象100-102
• 5.4 本章小結(jié)102-104
• 第六章 總結(jié)與展望104-107
• 6.1 全文總結(jié)104-106
• 6.2 研究展望106-107
• 參考文獻(xiàn)107-113
• 致謝113-114
• 攻讀碩士學(xué)位期間已發(fā)表或錄用的論文114-116

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本文編號(hào)：814207