全附体保护筒水下运动及水面漂浮性能数值计算与试验研究

摘要

全附体保护筒在高海况下耐波性能和水下浮力驱动上浮的研究有重要的理论意义与工程意义，本文分别采用模型试验和CFD模拟两种方法进行了研究。
　　在水面漂浮部分，本文提出了一种通过外悬独立压载，改善全附体保护筒耐波性能的新方法。针对有无外悬挂独立压载全附体浮筒模型，在方形水池开展了微幅规则波和白噪声不规则波耐波性试验，得出了全附体浮筒的幅频响应函数(RAO)，并运用线性系统理论进行5级海况预报。利用较大波高规则波试验，进行了全附体浮筒在波浪中的畸异横摇现象和纵摇非线性瞬态响应的研究。此外，通过CFD技术进行了全附体保护筒在5级海况以及大波高规则波下的响应过程，将模拟结果与试验结果进行了对比，通过CFD方法对新型减摇方式的机理进行了初步探究。研究结果表明:全附体保护筒在高海况下会发生畸异横摇现象;通过采用合适地悬挂独立压载能够达到更好的减摇效果。
　　在水下运动部分，本文对全附体浮筒水下浮力发射试验的设计进行了详细的研究，包括浮筒模型的设计、阻流板展开方式的设计、水下摄像和照明系统的布置、水下发射装置的设计以及内测系统的设计等。本文在试验水池开展了带有不同大小阻流板的全附体浮筒浮力发射试验，开展了不同横流工况下的全附体浮力发射试验，开展了不同水下发射深度的全附体浮力发射试验。通过开展全附体浮筒水下浮力发射试验，得出了不同大小阻流板和不同水下发射深度对全附体浮筒的水动力性能的影响规律，发现了不同横流对全附体浮筒出井过程的影响规律。另外，本文通过CFD技术模拟了全附体保护筒翼板展开的过程以及水下运动时的流动分离情况。

目录

声明

摘要

第1章绪论

1．1课题的研究背景及意义

1．2课题的国内外研究现状

1．2．1浮体耐波性研究现状

1．2．2水下浮力驱动上浮研究现状

1．3论文主要工作

第2章水面漂浮耐波试验研究

2．1试验背景和目的

2．2试验装置

2．2．1试验水池

2．2．2锚泊系统

2．2．3非接触式光学测量系统

2．2．4造波系统

2．2．5试验模型

2．3试验理论及方法

2．4试验工况

2．5试验数据处理

2．5．1试验重复性

2．5．2数据处理流程

2．6试验结果分析

2．6．1大小尺度模型试验对比分析

2．6．2有无独立压载对耐波性影响分析

2．6．3独立压载位置对耐波性影响分析

2．6．4不同悬线张角对耐波性影响分析

2．6．5不同重浮心匹配对耐波性影响分析

2．7本章小结

第3章水面漂浮数值计算方法

3．1 CFD的求解原理与方法

3．1．1控制方程

3．1．2初始条件与边界条件

3．1．3网格划分方式

3．1．4离散方法

3．1．5数值求解方法

3．1．6湍流模型

3．1．7雷诺时均N—S方程

3．1．8 VOF自由液面和VOF波

3．2保护筒水面漂浮特性的CFD模拟

3．2．1全附体保护筒5级海况模拟

3．2．2 5级海况模拟结果分析

3．2．3大波高规则波模拟

3．2．4大波高规则波模拟结果分析

3．3新型减摇方式原理探究

3．4本章小结

第4章水下运动试验研究及计算

4．1试验背景和目的

4．2试验装置

4．2．1水下发射装置

4．2．2内测系统

4．2．3照明及摄像系统

4．2．4试验模型

4．3试验理论与方法

4．4试验工况

4．5试验数据处理

4．6试验结果分析

4．6．1不同阻流板模型试验结果分析

4．6．2不同发射位模型试验结果分析

4．6．3不同流速模型试验结果分析

4．7水下运动CFD计算模拟

4．8本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果

致谢