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带减摇水舱的海洋工程船舶在波浪中的横摇运动响应研究
| 论文题名： | 带减摇水舱的海洋工程船舶在波浪中的横摇运动响应研究 |
| 关键词： | 海洋工程船舶;减摇水舱;横摇运动;波浪周期 |
| 摘要： | 船舶在波浪中航行，当波浪周期接近船舶横摇固有周期时，会出现共振现象，导致船舶大幅横摇运动，危害船舶航行安全。为了减小船舶横摇，人们选择在船上安装减摇水舱等减摇装置，因此，对带减摇水舱的船舶在波浪中的运动进行研究，具有很大的现实意义。本文研究了带减摇水舱的船舶在波浪中的横摇运动情况，首先研究水舱晃荡的固有周期和无因次衰减系数的变化规律，然后根据船舶横摇的固有周期，选择水舱水阀的开关和液位的高度，使船舶-水舱系统满足“双共振”原理，再开展带减摇水舱船舶在波浪中运动的模型试验和数值模拟研究。 首先，开展了减摇水舱的自由衰减模型试验，得到了不同水阀开关情况和不同液位高度时减摇水舱的自由衰减周期和无因次阻尼系数的结果，通过试验发现：关闭水阀和增加液位高度可以增大减摇水舱的自由衰减周期和无因次阻尼系数。 接着，本文基于OpenFOAM中的求解器InterFOAM提出了数值模拟减摇水舱内液体晃荡运动的程序算法，对减摇水舱的自由衰减运动进行模拟，并将模拟得到的水舱自由衰减周期和无因次阻尼系数与模型试验结果进行了对比，结果吻合很好，证明本文提出的数值模拟算法是合理的。并对水舱横摇时舱内液体的晃荡力矩进行了数值模拟研究，发现：横摇幅值一定时，横摇周期等于水舱固有周期时晃荡力矩最大；横摇周期一定时，横摇幅值越大晃荡力矩越大。 然后，根据减摇水舱自由衰减试验结果，在保证减摇水舱固有周期尽可能等于船舶横摇固有周期的情况下，本文选择水舱水阀全关、液位0.13m开展了带减摇水舱船舶的模型试验，得到不同波浪周期下减摇水舱不介入和介入时船舶横摇运动响应结果。 最后，本文使用简化算法，用试验测得的减摇水舱介入时船舶的横摇运动时域数据来模拟减摇水舱的力矩，并编写了求解船舶在波浪中运动的程序，实现了带减摇水舱船舶在波浪中运动响应的模拟，模拟得到的船舶横摇运动结果与试验结果吻合很好，从侧面说明本文对减摇水舱力矩模拟的结果是合理的。本文提出的数值模拟减摇水舱内液体晃荡运动的程序算法对带减摇水舱船舶运动的预报，具有重要的理论意义和工程应用价值。 |
| 作者： | 王成彬 |
| 专业： | 船舶与海洋工程 |
| 导师： | 骆寒冰 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 天津大学 |
| 学位年度： | 2019 |
| 正文语种： | 中文 |
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