hydrostar对12000吨lng船在波浪中运动分析(附件)

摘 要摘 要LNG在波浪中运动时,在波浪中会受到各种力的作用。在波浪作用下船舶在航行中发生艏摇、横摇、纵摇、纵荡、横荡、垂荡,水深的因素对LNG船的影响也很大,其水动力性能无疑受到很大影响。因此研究LNG船在波浪中的运动分析对LNG的耐波性、操纵性和安全性都很重要。本课题基于法国船级社研发的求解频域格林函数的HydroSTAR软件对12000吨LNG船在无线或者有限的水深下进行波浪运动分析。并借助vship对数值结果进行可视化处理。对于船体,考虑不同水深、入射波频率和浪向角等参数条件下对船舶水动力性能和运动响应计算和分析比较。第一章主要介绍了课题研究的目的和意义,以及根据HydroSTAR软件的水动力性能研究的国内外现状,本课题的主要研究内容和方法。第二章介绍了势流理论和结构分析的基本方法。第三章介绍了HydroSTAR软件的使用说明和功能实现。第四章介绍了数值结果及分析。关键字HydroSTAR 水动力性能 格林函数
目 录
第一章 绪论 1
1.1 选题的目的和意义 1
1.2 基于HydroSTAR软件的波浪运动分析现状和发展 1
1.3 主要研究内容 3
第二章 势流理论与结构分析的基本方法 4
2.1 概述 4
2.2 势流理论 5
2.2.1 基于势流假设的流场速度势分解 5
2.2.2 对速度势分量的求解以及引入格林函数 6
2.2.3 不规则频率的处理 8
2.3 浮体水动力及其运动响应 9
2.3.1 一阶水动力及其运动响应 9
2.3.2 二阶定常力 10
2.4 本章小结 10
第三章 HydroSTAR简介及功能实现 11
3.1 HydroSTAR 基本功能 11
3.1.1 HydroSTAR AMG 11
3.1.2 HydroSTAR for Experts 12
3.2 HydroSTAR的先进功能 12
3.3 功能实现 14
3.2.1 单位说明 18
3.2.2 网格读取 1 style="display:inline-block;width:630px;height:85px" data-ad-client="ca-pub-6529562764548102" data-ad-slot="6284556726"> (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({ });

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8
3.2.3 网络初步验证 21
3.2.4 网格的可视化处理 22
3.2.5 辐射和绕射计算 23
3.2.6 运动计算 26
3.2.7构造传递函数 30
3.3 本章小结 30
第四章 数值结果分析 31
4.1 12000吨LNG船在无限水深下六自由度运动 31
4.2 12000吨LNG船在100m水深下六自由度运动 40
4.3 12000吨LNG船在1000m水深下六自由度运动 50
4.4 本章小结 59
结论 60
致谢 62
参考文献 63
第一章 绪论
1.1 选题的目的和意义
当今中国经济持续快速发展,对能源的需求量很大。目前中国是全世界第二大能源生产和消费的国家。能源的持续供应为经济和社会的发展提供了强有力的保障和支持。但是中国的能源结构是以煤炭为主,清洁能源所占比例很小。而我国的海洋资源很丰富,我国的南海是世界公认的各种矿产资源的富藏海域。南海的天然气资源极其丰富,但是海洋里的天然气没法直接使用,于是对于天然气的开采和运输就成了必须要解决的问题。中国政府在政策上也大力扶持天然气产业。在过去的五年内天然气的供应量增长了三倍,中国的沪东中华船厂、江南造船厂和大连船舶重工等船厂已经具备了建造LNG船的各项技术及设备。在经济不景气的大环境下,油价走低以及节能减排的呼声高涨的影响下,人们为了降低成本和承担社会责任,储量丰富的LNG成了各国的首选。引进LNG将优化和改善中国的能源结构,有效解决环境保护和能源供应问题。并实现经济的可持续性发展。
LNG船在波浪中运动时,在波浪中会受到各种力的作用。LNG船在波浪中航行,液货舱的晃荡问题是典型的流固耦合问题,在海况较为恶劣时,易产生大幅度的艏摇、横摇、纵摇、纵荡、横荡、垂荡,表现出很强的非线性和随机性。这些问题轻则会影响运营效率,重则造成船舶结构损坏乃至倾覆。因此研究LNG船在波浪中运动的特性和原理,可以为设计良好耐波性提供依据。
本课题将通过运用HydroSTAR 软件,对12000吨液化天然气船受水深因素影响进行运动分析。在频域内不同波频率和水深的情况下,对LNG船进行辐射绕射计算和运动计算。在边界积分方程(BIE)里,我们利用格林函数满足流体域的控制方程消除不规则波。从而来分析船舶的运动,以提供船舶在波浪中运动时航行区域控制予以参考。
1.2 基于HydroSTAR软件的波浪运动分析现状和发展
目前,对船舶水动力性能理论预报的方法有二维切片法、二维半理论和三维面元方法。船舶运动传统的理论预报方法是根据细长体假设的切片法。切片法具有计算快捷、对船型适用性好等诸多优点因而在船舶工程界得到了普遍的应用。由于新切片理论是根据高频低速假定的,在计算流场解时,分别求解船舶诸横剖面柱体振荡流场,不能考虑切片间的流体干扰作用。高航速下切片法对船舶运动响应的预报理论结果与试验结果比较出入较大。这就限制了切片法在高速船运动和载荷预报上的进一步应用。20世纪70年代后期出现的高速细长体理论。考虑了有航速的自由年条件,同时依据船体细长的几何特性,保留了二维流场的假定,又称二维半理论。该方法对于高速细长体的水动力性能预报效果很好,国外已有应用二维半理论求解高速多体船的水动力特性的研究工作。但由于忽略了横向波浪影响,不适合低傅汝德数的低速情况。
早期Haskind[1]、Havelock[2]和John[3][4]得出了三维脉动源格林函数的解析表达式,单受困于计算机水平,实现三维计算比较困难。随着计算机的发展,三维水动力理论取得了显著的进展,越来越受到人们的关注。三维方法不仅可以解释流动的三维效应,而且可以考虑自由面边界条件的航速效应,在计算具有三维几何特性的海洋结构物水动力问题时较切片法更为合理。三维理论包括频域和时域方法,应用三维方法求解辐射和绕射的水动力边值问题可采用分布源、分布偶极以及混合分布模型,目前一般采用根据解析自由面格林函数或简单格林函数的分布源方法。自由面格林函数能够自动满足线性自由面条件和远方条件,从而可以利用格林公式将速度势表达为分布源沿浮体湿表面的面积分和浮体与水面交线的线积分之和。为了解决波浪问题,多种适应不同情况的格林函数被建立起来(Wehausen and Laitone 1960.Newman 1985[5].Telsteand Noblesse 1986[6]).

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