锚泊系统分析模块在OpenFOAM数值水槽中的开发与应用
发布时间：2021-12-12 06:59
随着海上资源开发和利用逐渐走向深海,浮式结构物及其锚泊系统的相关研究成为了海洋工程界研究的热点。计算流体力学具有强大的数值模拟能力而被普遍应用于实际工程项目,己经成为海洋工程设计领域必不可少的研究方法。本文基于OpenFOAM开源计算软件,进行数值波浪水槽和锚泊系统的开发,为浮式结构物的水动力特性研究提供新的工具。首先,为了构建能够造出各种工况的数值波浪水槽,本文拓展了waves2Foam求解器和interDyMFoam求解器的造波和消波能力,并对比研究了不同造波方法和消波方法下构建的数值波浪水槽的计算效率和计算精度。基于速度入口方法和松弛区消波方法进行了规则波浪和不规则波浪的模拟和验证工作,并与理论解对比分析了波浪作用下不同直径圆柱的受力情况,验证了数值波浪水槽的可靠性。其次,基于OpenFOAM的sixDoFRigidBodyMotion模块,分别采用悬链线法和分段外推法开发了锚泊系统静力分析程序,从而实现了浮式结构物与锚泊系统的耦合求解。模拟了典型工况下浮式防波堤的运动响应,并将规则波浪作用下的数值模拟结果与其他学者的实验数据进行了对比,进一步验证了本文开发的锚泊系统分析程序的有...
【文章来源】：大连理工大学辽宁省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：75 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
Abstract
1 绪论
1.1 研究背景和意义
1.2 国内外研究现状及发展趋势
1.2.1 数值波浪水槽研究现状
1.2.2 浮式结构锚泊定位系统研究现状
1.2.3 浮式结构物与锚泊定位系统耦合研究现状
1.3 本文主要工作
2 基础理论
2.1 两相流模拟的数学模型
2.1.1 基本控制方程
2.1.2 自由面处理
2.2 数值波浪水槽的模拟
2.2.1 仿物理推板造波
2.2.2 速度入口造波
2.2.3 阻尼消波
2.2.4 松弛区消波
2.3 六自由度求解模块
2.3.1 基本方程
2.3.2 Newmark-β方法
2.4 本章小结
3 数值水槽的构建与验证
3.1 网格收敛性验证
3.2 规则波的模拟
3.2.1 微幅波的模拟
3.2.2 二阶Stokes波的模拟
3.3 不规则波的模拟
3.3.1 Pierson-Moscowitz谱(P-M谱)
3.3.2 JONSWAP谱
3.4 波浪与圆柱的相互作用验证
3.5 本章小结
4 锚泊系统开发与验证
4.1 基于悬链线法的锚泊系统开发
4.1.1 悬链线方程基本理论
4.1.2 基于悬链线方程的锚泊系统代码实现
4.2 基于分段外推法的锚泊系统开发
4.2.1 分段外推法基本理论
4.2.2 基于分段外推法的锚泊系统代码实现
4.3 规则波作用下浮式防波堤水动力特性
4.3.1 算例设置及工况验证
4.3.2 结果讨论
4.4 不规则波作用下浮式防波堤水动力特性
4.4.1 算例设置及工况验证
4.4.2 结果讨论
4.5 本章小结
5 波浪砰击荷载作用下浮式结构物的运动模拟
5.1 计算模型设置
5.2 工字型结构的运动响应及锚泊力
5.3 工字型结构的砰击荷载
5.4 砰击荷载与相对速度的关系讨论
5.5 本章小结
6 总结与展望
6.1 总结
6.2 展望
参考文献
攻读硕士学位期间发表学术论文情况
致谢
【参考文献】：
期刊论文
[1]新型深水串联浮筒锚泊线阻尼特性分析[J]. 闫俊,乔东生,樊天慧,欧进萍. 中国造船. 2017(02)
[2]基于势流理论和OpenFOAM的耦合模型对多向不规则波浪的模拟[J]. 季新然,柳淑学,Bo T.PAULSEN,Harry B.BINGHAM. 水科学进展. 2016(01)
[3]孤立波作用下排柱附近流动特性数值分析[J]. 蒋昌波,邓涯,姚宇,邓斌. 浙江大学学报(工学版). 2015(08)
[4]基于OpenFOAM的数值波浪水槽研究[J]. 刘秀丽,段梦兰,高攀,钟超. 复旦学报(自然科学版). 2015(03)
[5]二维黏性流数值波浪水池的开发与验证[J]. 唐耀,邹早建. 水动力学研究与进展A辑. 2013(05)
[6]深水悬链锚泊线阻尼计算[J]. 乔东生,欧进萍. 振动与冲击. 2011(02)
[7]风浪作用下HYSY-981半潜式平台动力响应的数值模拟[J]. 朱航,马哲,翟刚军,欧进萍. 振动与冲击. 2010(09)
[8]非线弹性系泊缆系泊性能[J]. 袁梦,范菊,缪国平,朱仁传. 上海交通大学学报. 2010(06)
[9]无限水深内完全非线性数值波浪水槽建立[J]. 宁德志,滕斌,勾莹,孙金丽. 大连理工大学学报. 2009(06)
[10]深水悬链锚泊系统静力分析[J]. 乔东生,欧进萍. 船海工程. 2009(02)
博士论文
[1]船桨舵相互作用的重叠网格技术数值方法研究[D]. 沈志荣.上海交通大学 2014
[2]海洋工程粘性数值波浪水池开发及应用[D]. 曹洪建.上海交通大学 2014
[3]深海浮式结构物系泊系统的非线性时域分析[D]. 袁梦.上海交通大学 2011
[4]浮箱—水平板式浮防波堤水动力特性研究[D]. 董华洋.大连理工大学 2009
硕士论文
[1]聚焦波浪与圆柱作用的数值模拟[D]. 武昕竹.大连理工大学 2015
[2]浮式结构物系泊系统时域非线性耦合分析[D]. 韦斯俊.哈尔滨工业大学 2014
[3]浮式结构物系泊系统数值分析模块naoeFOAM-ms开发[D]. 刘远传.上海交通大学 2014
[4]基于OpenFOAM的数值造波与消波模型及其应用[D]. 查晶晶.上海交通大学 2011
[5]集中质量法在深海系泊冲击张力计算中的应用研究[D]. 程楠.天津大学 2008
[6]基于FLUENT的二维数值波浪水槽研究[D]. 李胜忠.哈尔滨工业大学 2006
本文编号：3536217
【文章来源】：大连理工大学辽宁省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：75 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
Abstract
1 绪论
1.1 研究背景和意义
1.2 国内外研究现状及发展趋势
1.2.1 数值波浪水槽研究现状
1.2.2 浮式结构锚泊定位系统研究现状
1.2.3 浮式结构物与锚泊定位系统耦合研究现状
1.3 本文主要工作
2 基础理论
2.1 两相流模拟的数学模型
2.1.1 基本控制方程
2.1.2 自由面处理
2.2 数值波浪水槽的模拟
2.2.1 仿物理推板造波
2.2.2 速度入口造波
2.2.3 阻尼消波
2.2.4 松弛区消波
2.3 六自由度求解模块
2.3.1 基本方程
2.3.2 Newmark-β方法
2.4 本章小结
3 数值水槽的构建与验证
3.1 网格收敛性验证
3.2 规则波的模拟
3.2.1 微幅波的模拟
3.2.2 二阶Stokes波的模拟
3.3 不规则波的模拟
3.3.1 Pierson-Moscowitz谱(P-M谱)
3.3.2 JONSWAP谱
3.4 波浪与圆柱的相互作用验证
3.5 本章小结
4 锚泊系统开发与验证
4.1 基于悬链线法的锚泊系统开发
4.1.1 悬链线方程基本理论
4.1.2 基于悬链线方程的锚泊系统代码实现
4.2 基于分段外推法的锚泊系统开发
4.2.1 分段外推法基本理论
4.2.2 基于分段外推法的锚泊系统代码实现
4.3 规则波作用下浮式防波堤水动力特性
4.3.1 算例设置及工况验证
4.3.2 结果讨论
4.4 不规则波作用下浮式防波堤水动力特性
4.4.1 算例设置及工况验证
4.4.2 结果讨论
4.5 本章小结
5 波浪砰击荷载作用下浮式结构物的运动模拟
5.1 计算模型设置
5.2 工字型结构的运动响应及锚泊力
5.3 工字型结构的砰击荷载
5.4 砰击荷载与相对速度的关系讨论
5.5 本章小结
6 总结与展望
6.1 总结
6.2 展望
参考文献
攻读硕士学位期间发表学术论文情况
致谢
【参考文献】：
期刊论文
[1]新型深水串联浮筒锚泊线阻尼特性分析[J]. 闫俊,乔东生,樊天慧,欧进萍. 中国造船. 2017(02)
[2]基于势流理论和OpenFOAM的耦合模型对多向不规则波浪的模拟[J]. 季新然,柳淑学,Bo T.PAULSEN,Harry B.BINGHAM. 水科学进展. 2016(01)
[3]孤立波作用下排柱附近流动特性数值分析[J]. 蒋昌波,邓涯,姚宇,邓斌. 浙江大学学报(工学版). 2015(08)
[4]基于OpenFOAM的数值波浪水槽研究[J]. 刘秀丽,段梦兰,高攀,钟超. 复旦学报(自然科学版). 2015(03)
[5]二维黏性流数值波浪水池的开发与验证[J]. 唐耀,邹早建. 水动力学研究与进展A辑. 2013(05)
[6]深水悬链锚泊线阻尼计算[J]. 乔东生,欧进萍. 振动与冲击. 2011(02)
[7]风浪作用下HYSY-981半潜式平台动力响应的数值模拟[J]. 朱航,马哲,翟刚军,欧进萍. 振动与冲击. 2010(09)
[8]非线弹性系泊缆系泊性能[J]. 袁梦,范菊,缪国平,朱仁传. 上海交通大学学报. 2010(06)
[9]无限水深内完全非线性数值波浪水槽建立[J]. 宁德志,滕斌,勾莹,孙金丽. 大连理工大学学报. 2009(06)
[10]深水悬链锚泊系统静力分析[J]. 乔东生,欧进萍. 船海工程. 2009(02)
博士论文
[1]船桨舵相互作用的重叠网格技术数值方法研究[D]. 沈志荣.上海交通大学 2014
[2]海洋工程粘性数值波浪水池开发及应用[D]. 曹洪建.上海交通大学 2014
[3]深海浮式结构物系泊系统的非线性时域分析[D]. 袁梦.上海交通大学 2011
[4]浮箱—水平板式浮防波堤水动力特性研究[D]. 董华洋.大连理工大学 2009
硕士论文
[1]聚焦波浪与圆柱作用的数值模拟[D]. 武昕竹.大连理工大学 2015
[2]浮式结构物系泊系统时域非线性耦合分析[D]. 韦斯俊.哈尔滨工业大学 2014
[3]浮式结构物系泊系统数值分析模块naoeFOAM-ms开发[D]. 刘远传.上海交通大学 2014
[4]基于OpenFOAM的数值造波与消波模型及其应用[D]. 查晶晶.上海交通大学 2011
[5]集中质量法在深海系泊冲击张力计算中的应用研究[D]. 程楠.天津大学 2008
[6]基于FLUENT的二维数值波浪水槽研究[D]. 李胜忠.哈尔滨工业大学 2006
本文编号：3536217
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/shuiwenshuili/3536217.html
