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基于现实海浪谱和CFD的船舶耐波性预报
| 论文题名： | 基于现实海浪谱和CFD的船舶耐波性预报 |
| 关键词： | 船舶耐波性;船载测波雷达;海浪谱;计算流体力学 |
| 摘要： | 准确预报船舶在波浪中的各种动态响应，是现今国内外航海界、船舶水动力学界关注的热点和前沿课题。当前雷达测波系统是唯一船载能够实时获取船舶所在海域波浪信息，并已获得德国船级社和挪威船级社认证的设备。另一方面，和实船测试、船模水池试验、势流理论计算相比，具有独特优势的船舶计算流体力学（Ship Computational Fluid Dynamics，简称SCFD）方法在船舶耐波性领域取得了丰富成果。本文充分汲取了上述两方面的研究成果，提出了基于雷达测波的现实海浪谱和SCFD的船舶耐波性预报新模式。SCFD是CFD的一个分支，运用范畴较窄，因此本文的题目仍用“CFD”表述，以避免误解。 据此，本文以装备测波雷达的海洋22号船为对象，获取了大量实测海浪数据，同时采集了该船的摇荡时历，率先采用子波时间序列——回声状态网络方法，实现了基于雷达测波信息的10小时较精确的现实海浪频谱预报。采用移动网格和滑移网格相结合的优化的SCFD模式，进行了目标船在基于Jonswap谱等普适谱和基于现实谱的船舶摇荡对比试验。结果表明:现实谱明显优于普适谱;优化的SCFD模式有较高的可信度;两者相结合的船舶耐波性预报和实测值吻合良好。 本文以优化的SCFD模式，实现了船舶在中高海况下以不同航向航速航行时纵摇、垂荡和横摇三自由度耦合运动的数值模拟，给出了纵摇、垂荡和横摇运动响应谱。研究了中高海况下船舶的上浪、砰击和增阻问题，给出了这些强非线性动力效应与航向航速的关系。实现了砰击、上浪监测点处的连续监测，为砰击、上浪发生的次数和强度研究提供了定量分析的依据。 船舶随浪运动的纯稳性丧失一直是船舶耐波性研究中的难点问题，也是国际海事组织(IMO)关注的课题。本文基于SCFD方法，对随浪纯稳性损失最严重的情况——“骑浪”（波长等于船长，波峰位于船舯）时的稳性进行研究，对船模在静水及2种不同规则波波高中骑浪的流场进行了数值模拟，得到了船舶稳性曲线。结果表明:船舶骑浪航行时，波倾角越大，纯稳性损失越严重;骑浪航行时航速较高，船行波的影响不可忽略。研究成果为船舶随浪航行时的纯稳性损失的精确计算提供了新的途径。 |
| 作者： | 石博文 |
| 专业： | 交通信息工程及控制 |
| 导师： | 刘正江 |
| 授予学位： | 博士 |
| 授予学位单位： | 大连海事大学 |
| 学位年度： | 2016 |
| 正文语种： | 中文 |
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