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原文传递北极航行船舶破舱稳性研究

论文题名：	北极航行船舶破舱稳性研究
关键词：	北极航行船舶;破舱稳性;进水特征
摘要：	目前，全球变暖日渐加剧，导致北极海冰加速融化，极地通航成为现实。借助北极航道可极大缩短亚洲到欧洲与北美洲的航线路程，节省航行时间，降低运输成本，因此，选择北极航道航行的商船与日俱增。但是，北极地区环境恶劣，船舶航行过程中若因浓雾视线受阻或操作不当等原因可能会与冰山发生碰撞，导致船体表面破损，舱室进水，引起船舶的浮态、稳性发生变化。此外，在极区航行过程中船体表面积冰，以及海面碎冰对于船舶进水的影响不容忽视。目前考虑积冰和航行过程中海面碎冰影响的破舱相关研究很少，因此开展北极航行船舶破舱稳性研究的意义重大。　　本文以一艘多用途船为研究对象，首先使用MATLAB软件编写船舶稳性曲线和浮态求解程序，假设多种破舱情况分别进行求解，对船舶静稳性和动稳性曲线进行对比分析，得到船舶破损后稳性曲线的变化规律。　　其次，采用STAR-CCM+软件对典型破舱情况静止时进水过程进行数值模拟。观察船舶瞬时进水状态，得到整个进水过程中船舶横摇、纵摇、垂荡运动以及破口处质量流量变化曲线。结果表明，初始阶段船舶横摇角度不断增大，随着进水速度的减小以及横摇阻尼作用的影响，船舶的横摇幅值不断减小，直至最后船舶稳定在平衡位置。对比船舶平衡态的数值模拟和程序计算结果，验证了方法的可靠性。　　然后，使用MATLAB软件编写船体积冰量预报程序，通过船型参数、环境参数输入，完成船舶模型简化、网格液滴飞沫量、积冰系数和积冰重量、重心的计算。将程序计算结果与2008IS规则中参考范围进行比较，验证了积冰计算程序的可靠性。分析不同环境参数对于船舶积冰量的影响趋势，结果表明，风速越大、船速越大、环境温度越低，船体表面的积冰量越多，且积冰主要集中在船舶首部。对积冰后船舶的破舱进水过程进行数值模拟，结果表明，考虑积冰情况下船舶破舱进水后平衡位置横倾角度更大，纵倾角度更小，重心吃水变化更大。　　最后，采用STAR-CCM+软件模拟船舶在浮冰区航行过程，与相关冰池试验对比，验证方法可靠性。在此基础上，对船舶在浮冰区航行过程中破损进水进行模拟，结果表明，进水初始阶段船舶横摇剧烈，引起船舶附近流场变化，碎冰颗粒在船尾后方聚集。冰载荷使进水过程中船舶最大横摇角大幅增加，同时，相对于静水，在浮冰区航行过程中破损进水，船舶的运动时程曲线始终在平衡位置附近以不同振幅不断波动。
作者：	韩雨鑫
专业：	船舶与海洋结构物设计制造
导师：	张崎;李红霞
授予学位：	硕士
授予学位单位：	大连理工大学
学位年度：	2021