考虑卷入空气效应的甲板上浪数值模拟
发布时间：2021-03-04 16:00
船舶在恶劣海况下运动时,容易发生甲板上浪现象,此时,上涌的水体砰击到甲板和上层建筑上,使得船体结构受到巨大的作用力。对船体结构的安全造成极大的威胁,尤其在大型集装箱船以及FPSO的设计研究中,甲板上浪问题一直是需要重点关注的对象。本文在对前人的研究成果进行总结归纳的基础之上,基于CFD方法开展甲板上浪现象数值研究,主要包括以下内容:在数值模型中引入可压缩理想气体模型和固定密度气体模型,建立起能考虑空气压缩效应的甲板上浪数值模型。通过对甲板上浪试验进行数值模拟,将计算结果与试验值和已有二维尺度数值模拟结果对比,验证了数值计算方法的可靠性。基于本文数值模型进行了一系列波浪参数的上浪响应计算,得到若干类型的上浪情况,并对其中的两种典型上浪现象进行分析研究,得到了两种典型的上浪模式下甲板砰击压力的特点。在数值模型中增加上层建筑模块,通过数值计算,归纳出上浪水体对上层建筑的两种砰击方式,并得到两种砰击方式下的上层建筑砰击压力特点。本文甲板和上层建筑砰击的压力计算方法可为工程上进行载荷预报提供重要参考。
【文章来源】：上海交通大学上海市 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：91 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
甲板上浪现象Fig.1-1Greenwaterondeck
图 1-2 Maersk Mc-Kinney Moller 号集装箱船Fig. 1-2 Maersk Mc-Kinney Moller Container Ship舶的舷侧外飘较大、船长较长、航速也比较高。这些独特建造提出了全新的要求。大型船舶其较大外飘的特点，在舶于浪高较高的水域中大幅度运动时，易遭受艏部砰击，船体受到波浪冲击载荷的作用。当船舶在波谷中时，波浪板，冲击防浪板和甲板货物，强冲击载荷效应对船体有较板上浪现象对船舶本身的非线性运动响应的影响也很大。他的船舶和海洋结构物，甲板上浪问题也非常严重。有调作的 FPSO 平台和 FSU 平台在五年内有 12 艘受到破坏，的行为包含 17 次上浪和两次波浪砰击[5]。上的研究可以发现，对于大型船舶和海工平台，甲板上浪方法的讨论都亟需展开。浪问题研究现状
装箱船模进行了上浪试验，试验发现将首外飘角和上浪的严重性联系起理的，上浪现象是复杂的流动，与很多因素有关。Buchner[12]进行过上浪的一系列的试验。试验中针对不同的首外飘角，分波和不规则波中进行了上浪试验。试验研究了波浪中船体的非线性运动抬升到涌上甲板并最终冲击甲板结构的过程和相关物理机制，并得到了载荷的数据。试验同时对船首形状与上浪水体流速、上浪水体抬升的高水体对甲板结构的冲击载荷的关系进行了探索。试验表明，船首形状对上浪水体的流动也有着比较大的影响。上浪水体首外飘角的增大而增大，上浪水体抬升的高度随着首外飘角的增大而减验并未能发现上浪水体对甲板结构的冲击载荷与首外飘角之间比较明确有试验研究表明，一般 FPSO 上浪有两种形式，图 1-3 为 FPSO 的两种上3]。一种是类似于溃坝模式，水体先涌上甲板，再沿着甲板运动，最终冲的设备和上层建筑。另一种是上浪水体直接冲击甲板上的上层建筑，对产生巨大的冲击力。
【参考文献】：
期刊论文
[1]波浪水槽中Stokes五阶波的数值生成[J]. 李邦华,郑向远,李炜,荣维栋. 武汉理工大学学报(交通科学与工程版). 2016(02)
[2]未来大型集装箱船发展趋势[J]. 辛吉诚. 中国船检. 2015(02)
[3]基于CFD的高速船甲板上浪载荷的工程计算方法[J]. 龚丞,朱仁传,缪国平,范菊. 船舶力学. 2014(05)
[4]集装箱船舶大型化发展趋势[J]. 朱现场,向俊,顾家骏. 集装箱化. 2014(02)
[5]规则波中船舶甲板上浪模型试验研究[J]. 段文洋,王瑞锋,马山,陈云赛. 哈尔滨工程大学学报. 2013(10)
[6]低充水液舱晃荡气垫效应的数值分析[J]. 郭晓宇,王本龙,刘桦. 水动力学研究与进展A辑. 2011(05)
[7]高速船甲板上浪的水体流动与冲击[J]. 向红贵,朱仁传,缪国平,范菊. 水动力学研究与进展A辑. 2010(03)
[8]二维甲板上浪问题数值模拟研究的新方法[J]. 梁修锋,杨建民,杨驰,李欣. 水动力学研究与进展A辑. 2009(05)
[9]甲板上浪问题的二维数值模拟[J]. 林兆伟,朱仁传,缪国平. 船舶力学. 2009(01)
[10]空气层对高速三体船连接桥砰击压力峰值影响二维仿真研究[J]. 曹正林,吴卫国. 船舶力学. 2008(02)
硕士论文
[1]船首甲板上浪问题的数值模拟[D]. 叶海轩.上海交通大学 2015
[2]甲板上浪的数值模拟研究[D]. 林兆伟.上海交通大学 2007
本文编号：3063498
【文章来源】：上海交通大学上海市 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：91 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
甲板上浪现象Fig.1-1Greenwaterondeck
图 1-2 Maersk Mc-Kinney Moller 号集装箱船Fig. 1-2 Maersk Mc-Kinney Moller Container Ship舶的舷侧外飘较大、船长较长、航速也比较高。这些独特建造提出了全新的要求。大型船舶其较大外飘的特点，在舶于浪高较高的水域中大幅度运动时，易遭受艏部砰击，船体受到波浪冲击载荷的作用。当船舶在波谷中时，波浪板，冲击防浪板和甲板货物，强冲击载荷效应对船体有较板上浪现象对船舶本身的非线性运动响应的影响也很大。他的船舶和海洋结构物，甲板上浪问题也非常严重。有调作的 FPSO 平台和 FSU 平台在五年内有 12 艘受到破坏，的行为包含 17 次上浪和两次波浪砰击[5]。上的研究可以发现，对于大型船舶和海工平台，甲板上浪方法的讨论都亟需展开。浪问题研究现状
装箱船模进行了上浪试验，试验发现将首外飘角和上浪的严重性联系起理的，上浪现象是复杂的流动，与很多因素有关。Buchner[12]进行过上浪的一系列的试验。试验中针对不同的首外飘角，分波和不规则波中进行了上浪试验。试验研究了波浪中船体的非线性运动抬升到涌上甲板并最终冲击甲板结构的过程和相关物理机制，并得到了载荷的数据。试验同时对船首形状与上浪水体流速、上浪水体抬升的高水体对甲板结构的冲击载荷的关系进行了探索。试验表明，船首形状对上浪水体的流动也有着比较大的影响。上浪水体首外飘角的增大而增大，上浪水体抬升的高度随着首外飘角的增大而减验并未能发现上浪水体对甲板结构的冲击载荷与首外飘角之间比较明确有试验研究表明，一般 FPSO 上浪有两种形式，图 1-3 为 FPSO 的两种上3]。一种是类似于溃坝模式，水体先涌上甲板，再沿着甲板运动，最终冲的设备和上层建筑。另一种是上浪水体直接冲击甲板上的上层建筑，对产生巨大的冲击力。
【参考文献】：
期刊论文
[1]波浪水槽中Stokes五阶波的数值生成[J]. 李邦华,郑向远,李炜,荣维栋. 武汉理工大学学报(交通科学与工程版). 2016(02)
[2]未来大型集装箱船发展趋势[J]. 辛吉诚. 中国船检. 2015(02)
[3]基于CFD的高速船甲板上浪载荷的工程计算方法[J]. 龚丞,朱仁传,缪国平,范菊. 船舶力学. 2014(05)
[4]集装箱船舶大型化发展趋势[J]. 朱现场,向俊,顾家骏. 集装箱化. 2014(02)
[5]规则波中船舶甲板上浪模型试验研究[J]. 段文洋,王瑞锋,马山,陈云赛. 哈尔滨工程大学学报. 2013(10)
[6]低充水液舱晃荡气垫效应的数值分析[J]. 郭晓宇,王本龙,刘桦. 水动力学研究与进展A辑. 2011(05)
[7]高速船甲板上浪的水体流动与冲击[J]. 向红贵,朱仁传,缪国平,范菊. 水动力学研究与进展A辑. 2010(03)
[8]二维甲板上浪问题数值模拟研究的新方法[J]. 梁修锋,杨建民,杨驰,李欣. 水动力学研究与进展A辑. 2009(05)
[9]甲板上浪问题的二维数值模拟[J]. 林兆伟,朱仁传,缪国平. 船舶力学. 2009(01)
[10]空气层对高速三体船连接桥砰击压力峰值影响二维仿真研究[J]. 曹正林,吴卫国. 船舶力学. 2008(02)
硕士论文
[1]船首甲板上浪问题的数值模拟[D]. 叶海轩.上海交通大学 2015
[2]甲板上浪的数值模拟研究[D]. 林兆伟.上海交通大学 2007
本文编号：3063498
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