垂荡板对传统Spar平台水动力特性的影响

为研究垂荡板对传统Spar平台水动力特性的影响,以Umaine-Hywind Spar平台为模型,利用有限元软件对垂荡板在Spar平台不同位置处的频域和时域特性进行分析,并在最佳位置处对比分析了不同透空率的垂荡板对Spar平台影响。结果表明:在相同的海况条件下,垂荡板在Spar平台下部安放有利于其工作,使其获得的响应更小,而在下部安放的垂荡板中,透空率为5%的垂荡板性能优于透空率为0的垂荡板。综合几个算例可以得出:垂荡板可以改变并优化Spar平台,然而这需要考虑影响垂荡板的因素(透空率,板间距、数目等),并非垂荡板就一定会降低Spar平台的垂荡响应。     

吸力式五筒型基础水动力特性的数值模拟分析

多筒型基础具有气浮运输的特性,这一特性省去了驳船运输以及特种作业设备的费用,能够显著降低海上能源开发的成本。该文采用水动力分析软件MOSES建立了吸力式五筒型基础结构的数值分析模型,对不同吃水、不同水深以及不同间距情况下,结构的水动力系数和幅频响应特性进行了研究。研究结果表明：随着水深、吃水和筒间距的增加,结构垂荡和纵摇运动的水动力系数幅值呈下降的趋势;各个浪向角对垂荡的响应幅值算子的影响差异较小;结构间距的增大能够显著改善结构的摇摆运动,但是却增大了结构的垂荡运动。     

具有垂荡板的Spar平台流体力学特性的数值模拟研究

该文采用大涡模拟的方法对具有垂荡板的Spar平台振荡运动进行了模拟与计算。验证了数值模拟方法的可靠性,并分析研究了垂荡板的厚径比与运动振幅对其水动力系数的影响。结果表明,阻尼系数与垂荡板Keulegan–Carpenter(KC)数呈正相关关系。对垂荡板周围的涡结构进行研究,验证了垂荡板周围的涡结构可分为交互式、独立式与互逆式三类。三种不同的涡结构取决于垂荡板的厚径比与数。在此基础上提出三种涡结构的分类界限,总结出不同涡结构情况下,Spar平台无因次阻尼系数的经验公式。     

垂荡板漂浮式风力机Spar平台对强迫振荡的动态响应分析

为研究垂荡板对漂浮式风力机Spar平台强迫振荡的动态响应,基于Umaine-Hywind Spar平台承载的5MW风力机整机模型,应用数值计算方法对附有不同数目垂荡板的漂浮式风力机Spar平台进行水动力计算,得出结构运动的幅频特性。结果表明:随着垂荡板数目的增多,Spar平台的动态响应越小,附加质量越大,但其动态响应并未按线性关系减小,虽有降低平台动态响应的效果不明显;相同垂荡板数目的几种情况下,板间距对整个结构的影响不可忽略。     

基于神经网络的船体剖面水动力机器学习与验证

该文以船体剖面水动力为研究对象,梳理了二维剖面几何特征和频率等与水动力关联关系。基于FFD方法生成系列船体剖面,并通过格林函数法计算出水动力系数形成相应的数据库。建立两种不同参数描述的几何剖面和水动力学习模型,采用神经网络建模训练获得了两种剖面水动力预报模型,对船体剖面横荡、垂荡、横摇和横荡-横摇四个模态的附加质量与阻尼系数进行预报,并将模型预测值与真实值、以及通过切片理论获得的全船垂荡水动力系数进行比较验证。研究表明,该模型能高效预报船体水动力,精度较高泛化能力强,为不同参数模型预报船舶水动力,为船舶设计的不同阶段提供了手段。     

浅水深对160kDWT FPSO水动力系数的影响

FPSO系泊于浅水中时,由于安全性问题,浅水深对其运动与载荷的影响正逐渐引起重视。本文利用三维线性势流理论和源汇分布法研究一艘160kDWTFPSO在浅水中的辐射问题,对不同水深下FPSO的水动力系数进行了数值计算。结果表明,浅水深时,一方面,3个垂向运动(垂荡、横摇和纵摇)附加质量有显著增加,特别是水深吃水比减小到1.3后,更是以几何倍数增长;另一方面,6自由度运动的阻尼系数均有明显增加,特别是横摇阻尼系数,随着水深吃水比的减小而成倍数增长。由于浅水中水动力系数的显著增加,FPSO垂向运动幅度也必将较大地趋于缓和,从而不易导致浅水FPSO碰底现象的发生。     

平底水垫塘透水底板下表面脉动压力试验研究

基于模型试验结果,研究了平底水垫塘透水底板下表面的脉动压力特性,分析了不透水底板及透水底板不同开孔率情况下的下表面脉动压力的分布规律、概率特性以及互相关特性和频谱特性。分析结果表明：在水舌冲击区,脉动压强系数随着开孔率的增大而增大;互相关系数随着开孔率的增加而略有减小,其旋涡保持性有所降低;透水底板较不透水底板下表面的脉动能量更加集中于低频。     

积石峡水电站中孔泄洪洞平板工作闸门槽压强降落系数试验

高速水流有压泄洪洞一般采用弧形工作闸门,积石峡水电站中孔泄洪洞由于条件限制,被迫采用平板工作闸门,通过水力模型试验研究其工作闸门槽压强降落系数特性,分析不同水位、不同高程、不同闸门开度的特性。试验结果表明,闸门开度是最主要的影响因素,0.3H开度时压强降落系数曲线变幅达到最大;测压点高程对压强降落系数的影响相对较小;在试验范围内,上游库水位对压强降落系数的影响可以忽略。     

垂向振荡对螺旋桨敞水性能的影响研究

船舶在波浪中航行时,船身垂荡运动的同时也带动着螺旋桨相对于周围流体振荡。为了研究振荡对螺旋桨推进性能的影响,该文采用相对运动的数值模拟方法,实现了螺旋桨自身旋转运动和垂向振荡运动的同步进行。对比了不同振荡频率、振幅对螺旋桨敞水性能的影响,结果表明,垂荡会提高螺旋桨的敞水性能,且随着振荡频率、幅值的增大,螺旋桨的推力系数、扭矩系数和敞水效率也略有增大。     

挑跌流水垫塘透水底板水动力特性试验研究

结合具体工程模型试验,研究了水垫塘透水底板不同开孔率对上举力的影响.结果表明:在采用透水底板这一新型消能方式减小底板上举力的情况下,不同的开孔率对水垫塘不同位置的底板上举力会产生影响,同时还分析研究了脉动压力空间积分尺度与水垫塘底板上举力的关系,并根据试验的实测数据提出了本工程上举力的预测公式.文中所阐述的透水孔开孔率对不同位置底板上举力的影响趋势,可为同类工程中透水底板的设计与施工提供一定的参考.     

The wave absorption efficiency of multi-layer vertical perforated thin plates

This paper analyzes the wave absorption efficiency of multi-layer perforated plates in an ideal fluid, based on the linear potential flow theory. The influence of the thickness, the porosity and the layout form of the plates on the wave absorptivity is studied on the assumption that all perforated plates are composed of the same materials and have the same thickness and porosity. The calculation results indicate that the larger the number of layers of the perforated plate set, the better the wave absorption efficiency, however, when the layer number exceeds a certain value, the efficiency of the plates is not significantly increased. For the case of porosity ?= 0.2, thickness b= 0.07 m and 4 layers of perforated plates with a distance l= 1.0 m between the layers, 90% of the energy of the wave within the incident wave period between 1.6 s and 4.4 s can be absorbed.     

寒区预制混凝土衬砌梯形渠道弹性冻土地基梁模型

基于Winkler弹性地基梁理论及有限杆单元的思想,以单块预制板为研究对象构建其挠曲线微分方程并求解;在此基础上,考虑冻土-结构接触界面及预制板间填缝处的协调变形与相互作用,引入端部边界条件及板间连续性条件,同时砂浆填缝处弯矩为零,将多块预制板联系起来,构建预制混凝土衬砌梯形渠道弹性冻土地基梁模型。再由切向静力平衡条件导出切向控制方程并求解,最终获得衬砌板各截面法向冻胀位移与切向位移的解析表达式。以新疆北部某梯形渠道为例,对衬砌各截面法向冻胀位移、切向位移、接触面法向应力、切向冻结力及上表面应力进行计算。结果表明：本文模型计算的法向冻胀位移与观测值符合良好,与弹性支承法、杆系有限元法计算结果相比更接近观测值。上表面应力估算的易开裂范围与实地调查结果基本相符,表明了模型的合理性。由于存在不连续断面即砂浆填缝,衬砌板法向冻胀位移、接触面法向应力、截面弯矩和上表面应力均存在一定的起伏,出现正负交替现象。顶推力作用下坡板各截面均存在切向位移,且自坡脚向坡顶非线性减小,在坡顶达到最小值。     

WAVE MOTION OVER TWO SUBMERGED LAYERS OF HORIZONTAL THICK PLATES

This study investigates the hydrodynamic performance of a submerged two layer horizontal plate breakwater. The plate thickness is considered as non-zero in the study. In the context of linear potential theory, an analytical solution for interaction of water waves with the plates is obtained using the matched eigenfunction expansion method. The solution consists of a symmetric part and an antisymmetric part. Its validity is confirmed by comparing the numerical results of reflection and transmission coefficients for limiting cases with previous predictions. Numerical examples are given to examine the major factors that affect the reflection and transmission coefficients of the plates. Some useful results are presented for engineering design.     

浅论多级孔板消能问题

本文论述了孔板的消能机理、能量损失等消能特性。并通过试验分析找出了影响多级孔板消能各项因素与孔板消能系数之间的关系,为龙抬头泄洪洞选用多级孔板消能设计提供了依据。     

新型透空组合板式防波堤结构型式及消浪特性分析

为提高透空式防波堤的消浪性能并减小结构受力,在前人研究基础上提出了一种新型透空组合板式防波堤,比较分析了该型式的防波堤(模型c)与另外两种型式的防波堤(模型a和模型b)的结构特点。通过物理模型试验,探讨了模型c在不同影响因素下的消浪特性,并对比分析了模型a与模型c的透射系数、反射系数和能量耗散系数在不同相对堤宽下的变化关系,比较了两种模型的消浪效果。分析得出,由于模型c兼具开孔水平板式防波堤和开孔挡板式防波堤的作用,模型c的波浪反射小于模型a,消浪效果优于模型a,且模型c这种结构能有效减小防波堤结构受力;当模型宽度和相对间隙比同时较大时消浪效果更好,防波堤出水后的消浪性能要优于淹没状态下的防波堤。     

NUMERICAL SIMULATION OF THE HYDRODYNAMIC PERFORMANCE OF AN UNSYMMETRICAL FLAPPING CAUDAL FIN

A comprehensive numerical simulation of the hydrodynamic performance of a caudal fin with unsymmetric flapping motion is carried out. The unsymmetrical motion is induced by adding a pitch bias or a heave bias. A numerical simulation program based on the unsteady panel method is developed to simulate the hydrodynamics of an unsymmetrical flapping caudal fin. A CFD code based on Navier-Stokes equations is used to analyze the flow field. Computational results of both the panel method and the CFD method indicate that the hydrodynamics are greatly affected by the pitch bias and the heave bias. The mean lateral force coefficient is not zero as in contrast with the symmetrical flapping motion. By increasing the pitch bias angle, the mean thrust force coefficient is reduced rapidly. By adding a heave bias, the hydrodynamic coefficients are separated as two parts: in one part, the amplitude is the heave amplitude plus the bias and in the other part, it is the heave amplitude minus the bias. Analysis of the flow field shows that the vortex distribution is not symmetrical, which generates the non-zero mean lateral force coefficient.     

多层水平板衰减波浪的影响因素分析

基于线性波浪理论,进行多层水平板对波浪的反射和透射作用研究。通过分解速度势为对称势和反对称势,结合特征函数展开法,在考虑水平板厚度的条件下由匹配条件确定速度势展开式中的待定系数,进而得到结构对波浪的反射系数和透射系数。所得结果与现有相关的理论解、数值解以及试验结果吻合较好。对相对水深、相对宽度、相对厚度以及水平板层数等对结构衰减波浪的影响进行了深入探讨和分析,给出了反射系数和透射系数随上述参数的变化规律。     

Morison方程水动力系数归一化的探讨

Ｍｏｒｉｓｏｎ方程中水动力系数Ｃｄ及Ｃｍ不仅与小尺度构件的变形，它在水中放置状态以及Ｋｃ数和Ｒｅ数有关，而且通常认为还随环境条件的不同而改变，即规则波与不规则波的系数不相同，纯波与流流共存的系数亦不同。本文探讨了将环境条件差异而造成水动力系数的变化，归化为Ｋｃ数的恰当定义和不规则波特征波的恰当选用，从而得到规则波与不规则波，纯波与波流共存不同条件下归一化的水动力系数Ｃｄ，Ｃｍ与Ｋｃ数的相关结果。