方形FPSO系泊系统动力分析

海洋结构物系泊系统设计和分析对其安全操作至关重要,以往的研究大多集中于深水平台。将对浅水中作业的方形FPSO系泊系统动力特性展开研究,分析对比浅水中钢链和聚酯缆两种系泊系统的动力特性和浮体位移,并根据API规范校核自存工况下系缆强度并验证浮体在浅水中是否会触底,之后根据结果确定合理的系泊系统设计方案。分析方法基于三维势流理论和浮体运动的耦合时域模拟,浮体水动力分析中考虑浅水效应,计算了二阶波浪的二次传递函数矩阵,系缆张力分析基于有限元理论。结果表明聚酯缆系泊系统更适用于浅水区域作业的FPSO。     

波浪中浮式生产储油船(FPSO)的运动与荷载计算

应用线性化Weibull概率密度函数分析得到设计波参数和根据三维源汇分布方法建立浮体运动与波浪荷载计算方法,完成了一浮式生产储油船（FPSO）在波浪中的运动响应和船体表面水动力压力分布以及总体荷载的概率特性的计算．该计算结果可用于基于耐波性的FPSO船体型线优化,以及作为船体强度有限元分析和系泊系统设计的根据。     

非定常拍动翼的水动力性能研究

拍动翼推进方式为水下机器人推进提供了更有效地选择,为了探究拍动翼的水动力性能,采用基于速度势的面元法对非定常拍动翼在特定运动规律下产生的水动力进行了计算,通过与相关实验数据的对比,同时采用计算流体力学FLUENT软件进行了计算并且将结果进行比较,结果的变化趋势一致,最小误差只有11%,充分验证了面元法计算的可靠有效性.通过对拍动翼水动力计算结果的研究,分析了各个运动参数包括来流速度、运动幅值、相位差和运动频率对拍动翼水动力性能的影响.     

多自由度波浪能装置参数激励运动研究

为了研究多自由度波浪能装置的参数激励运动及其对波能俘获能力的影响,利用势流理论建立多自由度轴对称型波浪能装置的频域和时域仿真模型,将垂向动力输出（PTO）机构安装在PTO管内,使浮体在波浪作用下沿管滑动.纵、横摇铰接轴分别连接PTO机构,PTO阻尼力矩与纵、横摇角速度成正比.设垂向PTO阻尼力与浮体沿管滑动速度成正比,为了评估参数激励运动,仅在时域模型中将垂向PTO阻尼力分解到垂向和水平方向时保留非线性项.结果表明,垂向PTO阻尼力是装置产生参数激励运动的主要原因.产生参数激励运动时,垂向PTO俘获的波浪能降低,参数激励运动的周期范围随波高、垂向PTO阻尼系数的增大而变宽.随浪工况,垂向和纵摇PTO均连接PTO阻尼时,若纵摇PTO阻尼力矩系数较小,则参数纵摇和参数横摇同时发生;反之,若纵摇阻尼力矩系数较大,参数纵摇受抑制,但会产生大幅值参数横摇;若要完全抑制装置的参数共振,纵摇和横摇PTO均须设置适当大小的PTO阻尼.     

非均匀来流中全方向推进器非定常水动力性能的研究

为进行安装全方向推进器的潜器运动仿真,研究了非均匀来流中全方向推进器水动力性能的面元预报方法,预报了不同轴向非均匀来流情况下全方向推进器水动力性能.基于螺旋桨面元法理论建立了非均匀来流中全方向推进器水动力性能计算的数学模型,对非均匀来流中全方向推进器的非定常水动力性能进行了数值预报.采用了关于扰动速度势的基本积分微分方程;并且采用双曲面元以消除面元间的缝隙,在桨叶随边满足压力库塔条件.在计算面元的影响系数时,应用了Morino导出的解析公式.为避免数值求导中的奇异性,用Yanagizawa方法求得物体表面上的速度分布.预报了非均匀来流中全方向推进器的非定常水动力性能,并与均匀来流中全方向推进器的非定常水动力性能作了对比.计算结果表明在某些轴向非均匀来流情况下,全方向推进器水动力性能要好于轴向均匀来流时的水动力性能.     

波能装置浮子选型及水动力性能分析

为了提高波能浮子的转换效率,本文对浮子不同外形的水动力性能进行研究,得到最优的浮子外形.基于势流理论,利用CFD软件模拟自由衰减的方法对浮子粘性力进行估算,进而对浮子进行粘性修正.首先对不同直径吃水比的平底圆柱浮子进行水动力性能分析,得到大直径吃水比的浮子有效频率宽度更大,更加有利于波浪能量的吸收;分析了不同锥底角度浮...     

三体船操纵性水动力的势流理论计算

为了研究三体船操纵特性,采用势流理论有升力三维面元计算方法,计算和分析了三体船斜航下的有关操纵运动水动力.在物体表面和尾涡面上布置均匀涡环网格,通过满足物面边界条件和库塔条件,计算物体对流场的扰动速度,进而确定物体受力并分析其规律,在对NACA0012机翼压强分布和单体船模水动力随漂角变化规律验证的基础上,将所提方法推广至三体船在斜航运动时受到的横向力和转首力矩计算.据计算结果,分析了三体船侧体位置对其斜航下操纵运动水动力和操纵运动特性的影响.研究表明,文中计算结果具有较高的准确性和合理性,所提势流理论三维面元计算方法为三体船操纵运动水动力预报和三体船操纵运动特性分析奠定了基础,具有较高的工程应用价值和很好的工程应用前景.     

棱柱型滑行艇在规则波中迎浪运动响应的频域解

滑行艇在高速滑行时因其艇重基本由水动升力支撑,用较常规的排水型船运动预报方法计算并不准确.针对这一问题提出了一种计及水动升力影响的预报方法,用于计算棱柱型滑行艇在静水中的滑行姿态和波浪中的运动响应.在半经验公式的基础上,讨论了水动升力对各水动力系数的影响,并建立了棱柱型滑行艇在规则波中迎浪运动响应的频域解模型.将计算值和试验值进行了比较,结果吻合较好.     

波浪能发电装置浮体形状参数对俘能性能影响

为明确振荡浮子式波浪能装置浮体形状参数对俘能性能与工作稳定性的影响, 建立线性能量输出系统作用下的浮体频域计算模型, 推导俘能功率与俘能宽度比的计算公式, 介绍浮体频域数值模拟步骤, 运用ANSYS-AQWA软件开展研究, 计算并对比不同底面形状和圆台半顶角下浮体的俘能功率与俘能宽度比, 探讨浮体形状参数对其俘能性能的影响规律, 为适用于锚泊浮台的波浪能供电装置浮体形状参数优化提供理论基础。研究结果表明:相对于圆锥和圆球底面, 圆台底面的实际制作可行性高, 且在中频波段的俘能性能与俘能稳定性均优于一般圆柱浮体; 上大下小型圆台浮体的俘能性能和工作稳定性较好, 半顶角增加时, 浮体的俘能性能增加且可改善浮体的中频俘能性能, 可根据工作波况合理选择最佳的半顶角, 使得浮体具有最佳的俘能性能与工作稳定性。     

海上超大型浮体的水弹性响应预报

针对超大型浮体结构物这一国际海洋工程领域的热点研究,以超大型浮体结构物在波浪中的水弹性响应为研究目的,在薄板理论以及线性势流理论基础上,结合特征函数展开法和模态函数展开法预报浮体的水弹性响应,计算了结构的变形和弯矩分布,分析了不同环境参数对超大型浮体水弹性响应的影响,并对超大型浮体水弹性响应问题求解中的几种常用模态函数进行了比较。丰富了关于超大型浮体的水弹性响应研究。     

新型6 MW单柱浮式风力机耦合运动分析

针对100 m水深条件,设计新型6 MW海上单柱浮式风力机;利用气-液-固-弹性数值模拟软件FAST,对该浮式风力机进行全耦合时域动力响应分析.整个风力机系统的气动力分析采用叶素动量理论,浮式基础的水动力分析基于势流理论同时考虑采用Morison公式计算得到的黏性阻尼,系泊系统采用等效的弹性杆单元.数值仿真结果表明：浮式基础纵荡和纵摇耦合作用较明显;平台运动响应主要取决于风载荷,波浪载荷会改变平台在平衡位置附近的振荡运动;风浪同向会激发较大的运动响应;风浪的夹角越大,平台首摇运动越明显;在额定海况下,环境载荷方向的变化对垂荡运动的影响较小;delta-line能够很好地控制首摇运动,可以避免锚链缠绕现象发生;设计出的6 MW浮式风力机具有良好的总体运动响应,系泊系统设计方案能够保证风力机系统的安全运行.     

FPSO运动与波浪载荷三维水弹性分析方法研究

为了与三维水弹性方法相匹配,将二维梁振动理论与三维刚性船体湿表面网格划分方法相结合,提出了一种适用于三维弹性浮体的湿表面网格划分方法.在此基础上利用广义流同耦合界面条件,建立分布源积分方程,获得计及船体弹性效应的三维水动力系数和绕射力.进而建立了船舶在规则波中的广义水弹性运动方程,求解出各阶振动的主坐标后,利用模态叠加法计算船体的波浪载荷.通过实船计算表明,该方法具有较好的计算精度.     

柔性透水薄圆柱与波浪的相互作用

基于线性波浪理论,结合柔性透水结构物动量方程,建立了处于三维流场中的柔性透水圆柱与波浪相互作用的数学模型．将该数学模型应用于研究线性波浪与波浪相互作用,求得以 Ｂｅｓｓｅｌ 函数表示的速度势、表面波及波浪荷载的级数解．讨论了柔性透水薄圆柱对波浪荷载的变化规律．     

透水柔性平面防浪堤对波浪的绕射

在透水柔性防浪堤与波浪相互作用的数学模型与级数解的基础上,讨论了透水柔性平面防浪堤对波浪的绕射,研究了波浪的反射和投射的变化规律,这在理论上和实用上具有十分重要的意义．     

含透空结构浮体的微幅振荡辐射特性

基于线性势流理论以及porous-wavemaker理论,针对带有侧立透空薄板、在三自由度（纵荡、垂荡和横摇）内作微幅运动的浮式结构物的波浪辐射问题,利用分离变量法以及边界匹配特征函数展开方法,以解析解的形式,建立该波浪辐射问题的二维无因次理论解析计算模型,得到各流体子区域内速度势函数以及该浮式结构物的无因次附加质量和辐射阻尼系数. 分析在不同的透空薄板透水系数下,该浮体的附加质量和辐射阻尼随无因次波长的变化趋势. 将部分解析计算结果与现有研究成果进行对比分析,一致性较好,验证了针对该问题提出的解析计算模型的正确性. 研究结果表明,在低频范围内,透水薄板的透水系数对该浮式结构物的水动力系数的影响较明显;随着透水能力的增大,该浮式结构物的水动力系数呈现出减小的趋势,这对改善浮式结构物的稳定性具有重要意义.     

液压蓄能式波浪能发电装置关键参数分析

针对波浪能发电效率低的问题, 建立由波浪输入至马达输出的系统数学模型, 采用理论建模和仿真分析相结合的方式确定影响系统发电功率的关键参数, 为提高装置发电效率的液压能量转换系统恒转速控制策略的研究提供理论指导。波浪能发电的液压蓄能式波浪能发电系统主要由3部分组成, 建立系统各元件的运动方程及能量方程, 寻找元件间的连接参数建立系统数学模型, 通过理论分析系统功率方程定性地确定系统工作特性及关键参数。为验证理论分析结果的准确性, 借助AMEsim仿真平台完成系统设计及仿真验证。结果表明, 马达输出功率主要受波浪波高、周期、比例流量阀流通面积及马达排量的影响, 最高影响阶次分别为1次方、4次方、4次方和2次方。仿真验证还证明蓄能器预充气压力几乎不会对马达输出功率产生影响。     

FPSO型采油平台波浪漂移力的分析研究

波浪平均漂移力是指由于波浪的一阶运动产生的二阶波浪力.对于系留状态的船型采油平台FPSO系统,不同波向波浪作用下、FPSO系统所受到的纵荡、横荡以及首摇方向的波浪平均漂移力是设计其锚泊系统的重要依据.为了计算FPSO系统一阶波浪辐射和绕射问题,采用高阶边界元方法并考虑FPSO形状的对称性;波浪平均漂移力则运用近场解法在湿表面上直接进行压力积分获得.与常数单元方法相比,该方法具有很高的精度,特别是对于高频波浪能得到可靠的收敛解.     

新型六自由度运动模拟器及其性能测试

基于三爪式对接机构的缓冲性能,针对验证捕获、缓冲和连接等组件的技术参数要求,设计了一种新型六自由度运动模拟器.分析了六自由度对接运动原理,依据欧拉转动定理,推导出目标运动模拟器的变换矩阵,详细介绍了运动模拟器以及关键部件的结构和工作原理,并对关键部件进行了应力仿真分析,将成型的三爪式对接机构安装在运动模拟器上进行了联合试验.仿真分析结果表明,在最大撞击力下,关键部件的最大变形量和最大应力均满足设计指标要求.通过对样机的试验验证,各个自由度的运动行程和偏转角度均能满足技术指标要求.