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原文传递通海水舱减摇特性数值研究及应用

论文题名：	通海水舱减摇特性数值研究及应用
关键词：	通海水舱;减摇特性;浮式平台;混凝土沉箱;开孔消波
摘要：	船舶的耐波性研究一直以来都被研究者所重视，耐波性对于适居性、安全性、航行使用性等方面至关重要。一般船舶横摇问题尤为突出，这是由于横摇阻尼和复原力矩都很小，但这也给控制横摇运动提供了广泛的研究空间，减摇装置层出不穷。通海水舱作为一种最早出现在上世纪前半叶出现的船舶减横摇方式，为船宽较大、不宜布置内部减摇水舱的船舶提供了一种减摇方案。　　本文的研究对象是一种混凝土箱型浮式平台，海洋经济发展日新月异，混凝土浮式平台在离岸工业、港口海运、滨海旅游等产业中扮演着众多角色，其耐波性问题也颇受关注。本文以传统通海水舱为基础，联想到港口工程中常用的混凝土沉箱开孔消波结构，尝试将这种结构应用在浮式平台上，形成一种双壳通孔减摇水舱。由于浮式平台由于其运动特性，与静止的沉箱结构水流特点不尽相同，因此进行浮式平台与流场的耦合运动研究非常必要。通过数值计算验证了这种结构的减摇效果，并详细计算了结构尺寸对减摇效果的影响，指导双壳通孔结构的设计。　　传统底部开孔的通海水舱的研究多使用势流方法，这是因为其主要考虑水流在小孔内外交换，流动容易简化。在本文的研究中，水舱开孔在水线附近，流场情况极为复杂，粘性影响更加显著，势流方法难以求解。CFD商业软件的日臻成熟，复杂流动的粘性数值模拟门槛降低。本文首先使用粘性CFD方法数值模拟了传统通海水舱在混凝土平台上应用的问题，认为该种水舱减摇效果有限，进而提出了在双壳侧面开孔的新的水舱形式。然后，将该结构应用在两种长宽比的箱型混凝土平台A、B上，并进行了静水中自由衰减、规则波中运动的系列数值模拟。同时进行了A平台在水池中的模型试验，与数值模拟结果进行对比，二者吻合度较好。在平台B上针对双壳穿孔水舱这种水舱的开孔形式（开孔率）进行了高度、宽度、个数对平台横摇阻尼系数的影响的系列计算，得到了开孔率增加时，线性阻尼下降非线性阻尼增加的结论。在进行不同的开孔率平台在规则波中的横摇运动时，发现开孔率越大，减摇效果越好。在平台B不同工况的计算中发现，当横摇惯性矩较大、重心较高时，箱型平台的横摇阻尼系数增大，横摇频响降低，水舱的减摇效果下降。最后进行了系列尺寸B型平台在不规则波中的短期预报计算，发现在常见的波浪周期4~8s的不规则波中，新型双壳多孔减摇装置均能达到50%的减摇效果。　　本文提出了一种新型减摇设计，对于长宽比较小的这一类平台结构，无论是混凝土结构还是钢结构、塑料质地、玻璃钢质地的平台，双壳穿孔水舱结构都成为一种可行的减摇方案。该结构拥有减摇效果较好、造价低、施工工艺简单、结构稳定、减摇范围较广等特点，还能在基本不改变平台排水量的情况下增大甲板面积。
作者：	王新宇
专业：	船舶与海洋工程
导师：	毛筱菲
授予学位：	硕士
授予学位单位：	武汉理工大学
学位年度：	2017
正文语种：	中文