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原文传递半潜平台湿拖耦合运动仿真研究

论文题名：	半潜平台湿拖耦合运动仿真研究
关键词：	半潜平台;拖航作业;耦合系统;运动响应
摘要：	半潜平台拖航作业中，其与拖轮和拖缆组成了耦合系统，拖航速度和拖缆长度是对耦合系统产生较大影响的两个重要因素。本文应用计算流体力学(computational fluid dynamics，CFD)仿真软件Star-CCM+，基于雷诺时间平均Navier-Stokes(RANS)方程和流体体积函数(volume of fluid，VOF)法，研究拖轮及半潜平台的水动力特性，分析拖轮的操纵特性。最后基于六自由度非线性操纵性数学模型建立耦合系统，研究拖航速度及拖缆长度变化对耦合系统的影响。　　本文的主要研究内容如下: 　　(1)利用CFD方法进行拖轮的拖曳和平面运动机构(planar motion mechanism，PMM)数值仿真，根据拖轮六自由度非线性操纵性运动方程，获得拖轮的粘性水动力系数矩阵和惯性水动力系数矩阵;研究速度场和涡量场分布，分析拖轮不同运动相位的艏艉舭涡形状和横向运动带来的流动分离变化;进行拖轮运动仿真，通过定常回转、Z形和螺线运动仿真分析拖轮的操纵性。　　(2)建立半潜平台水动力数值模型，进行直航、旋臂和PMM的CFD仿真;基于半潜平台六自由度非线性操纵性数学模型，计算半潜平台的阻力系数和附加质量，分析直航运动中自由液面附近速度分布规律和半潜平台浮箱周围涡量分布，分析相同运动频率不同相位时浮箱不同横剖面涡的分离。　　(3)基于拖轮和半潜平台六自由度非线性操纵性数学模型，实现简化拖缆的半潜平台湿拖耦合运动仿真，研究静水拖航作业中转艏一定角度这一典型工况下半潜平台的运动响应;通过对比三自由度与六自由度模型的姿态差异，验证六自由度耦合模型的必要性;提出一种量化研究半潜平台运动随拖航速度的方法，研究拖航回转时特征参数与傅汝德数的关系;分别研究拖航速度和拖缆长度对耦合系统的影响，依据特征参数分析拖缆长度和推力对半潜平台位姿影响的灵敏度。
作者：	蒋扬
专业：	船舶与海洋工程
导师：	昝英飞;黄福祥
授予学位：	硕士
授予学位单位：	哈尔滨工程大学
学位年度：	2022