有航速浮体时域分析的混合边界元法

给出了一种联合瞬态格林函数和Rankine源进行有航速浮体时域水动力分析的混合——边界元方法。在三维混合边界元方法中,通过一个匹配面将流体域划分为内域和外域,在内域中使用Rankine源以模拟直壁或非直壁船体及线性或非线性自由面条件,在外域中使用瞬态格林函数以满足自由面条件和远方辐射条件。使用该方法计算了一个有航速潜没圆球的波浪力,和解析结果的比较证明了该方法的正确性。进一步给出了一个有航速Wigley船的水动力结果,计算结果稳定,没有外传波向内反射的现象发生。     

单锚腿系泊系统动力响应的时域计算方法

在时域内建立了单锚腿系泊系统在风、浪、流联合作用下动力响应的计算方法。在分析波浪荷载时，使用了设计波法和非线性Stokes五阶波，并由经验公式求出了船舶的风、流荷载作用力。系统的动力初始条件由准静态方法求得。由静态方法得到系泊力后，使用了四阶Runge-Kutta方法求解船舶的运动时历，并作为立管和浮筒动力计算的边界条件。由二维梁柱单元和集中质量法构建了立管和浮简的数学模型，立管的运动方程用Wilson-θ法求解。模拟计算结果和试验结果进行了比较，吻合得较好,表明本方法能够用于计算单锚腿系泊系统的动力响应。     

VLCC油船波浪增阻预报方法的实用修正

近年来随着船舶环保和营运性能要求更高,波浪增阻预报正变得越来越重要。由于存在假设和简化,势流理论方法的短波增阻预报精度差,而经验方法在不同船型中的适用性不强。以有航速VLCC船迎浪航行为例,考虑吃水和航速影响,对理论和半经验方法的波浪增阻结果进行验证和比较分析,并总结出适用特定船型的快速精确预报方法。理论方法基于水平线段移动脉动源的三维面元法求解速度势问题,进而采用三维船体辐射能量法得到船舶辐射增阻,基于二阶波浪力定常分量公式计算得到绕射增阻;经验方法采用ISO15016-2015推荐的STAWAVE2方法。通过分析辐射和绕射增阻占比,讨论了目前方法的适用范围,进而对半经验方法的修正系数进行了研究,给出了反映相似船型和航速特征的改进公式。     

基于势流模型的双体船耐波性能研究

双体船由于其优良的快速性和横稳性等特性,在民用和军用中应用广泛。针对无限水深下迎浪、斜浪中自由运动的WigleyⅢ双体船,利用线性势流软件WAMIT,通过调整片体间距,对双体船的水动力系数及船体运动响应进行计算和比较,分析不同片体间距的双体船的耐波性。结果发现,片体间距较小的双体船附加质量系数较小,垂荡、纵摇阻尼系数显著增大,垂荡和纵摇运动响应幅值增大,且附加质量系数为负值时的系数绝对大小和频率范围随着片体间距的减小而变大。同时,片体间距越小的双体船间的流体干扰作用令自由面运动响应更加剧烈,迎浪下船体垂荡运动响应略有增大,纵摇运动响应略有减小;而斜浪下垂荡、纵摇、横摇运动响应均增大,船体的耐波性较差。当片体间距较大,在某一频率入射波下,双体船运动响应接近为零,且该频率随着片体间距的增大而减小。另外说明,相较于阻尼系数,附加质量系数对船体运动的影响更大。     

有限水深中零航速浮体波浪力计算奇点积分的数值处理方法

使用三维源汇分布法Ⅲ计算有限水深中零航速浮体所受到的波浪力,对两种不同形式的格林函数中所共同存在的奇点问题分别进行了处理。公式推导表明,使用级数形式的格林函数可以使计算更加快捷。最后,对不同尺度的圆柱体进行了验算,在对计算结果与解析解进行了比较之后,工程计算也证明选择格林函数级数计算公式是更令人满意的方案。     

船体曲面几何表达及水动力性能计算的NURBS方法

采用非均匀有理B样条(NURBS)对船体曲面形状进行几何表达,所生成的网格直接用于后续的有关船体水动力性能计算工作中。对Wigley船型的线性兴波阻力和斜航操纵运动的船体,结合近似的Kutta条件作了相应的数值计算,从与试验结果的比较来看,该方法具有较好的工程精度,对船舶及海洋工程领域中的计算机辅助设计(CAD)与计算流体动力学(CFD)之间的相互集成,具有推动与促进作用。     

拖曳线列阵阵形与姿态数值计算

本文提出的计算程序ＣＡＢＬＥ能预报拖缆系统中拖曳线列阵的三维运动,同时可计算各时刻缆索及列阵上相应的应力。系统的运动方程与Ａｂｌｏｗ［１］提出的相似,采用有限差分法计算求解。程序能够计算不同航速定常直航状态下列阵的阵形与姿态,可解决不定常运动（例如回转运动）、考虑流速以及船舶有升沉等多种运动状况的阵形预测。所得结果与其它计算及试验所提出的结果显示出良好的一致性。程序所花计算时间少,计算可靠。程序可运用于实际操作中。     

水下拖曳航行器水动力和拖缆姿态仿真分析

水下拖曳航行器是被广泛应用的水下监测平台。为掌握水下拖曳航行器的水动力及其拖揽姿态，文章通过CFD仿真分析计算其零攻角下的阻力系数，并通过多刚体-球铰模型建立其运动数学模型，分析不同航速下拖曳系统的总拉力、拖缆长度和航行器位置等的参数变化。研究结果表明：随着船舶航速的变化，拖曳系统各项参数变化的差别很大；在200 m深度时，6 kn航速相比4 kn航速的总拉力增加73%，而所需的拖缆长度仅增加1%。该数学模型可对不同航速下的水下拖曳系统的总拉力和拖缆姿态等做出预测，为拖曳系统设计提供技术支撑。     

箱式超大型浮体结构在规则波中的水弹性响应研究

利用三维线性水弹性理论研究了箱式超大型浮体结构在正弦规则波中的动力响应，用Bernoulli-Euler梁解析解计算结构在真空中的动力特性，用弹性体三维势流理论计算结构的水动力系数，浮体结构在单位波幅规则波中的刚体运动幅值与DNV／WADAM程序的计算结果进行了比较，并给出了垂向弯曲模态的位移，弯矩随波浪频率的变化规律，由于箱式浮体结构的低阶固有频率很低，相应的弹性振型的响应与刚体运动耦合，结构在波浪中没有发现明显的低阶弹性模态谐振。     

三维机翼分离流的计算方法

本文提出了一种用面元法计算绕三维机翼分离流的方法。将分离面与物面之间的流体考虑为不流动的死水区,应用面元法中的总速度势法（ＴｏｔａｌＰｏｔｅｎｔｉａｌＭｅｔｈｏｄ）求解布置于物面及分离面上的偶极子分布及周围流场和流体力。考虑到死水区内的流速为零,因此压力一定,自由分离面上的流速与涡强不变。分离面形状通过迭代方法确定。每次迭代中,分离点位置用二维边界层理论计算得出。计算结果与实验值进行了比较,吻合程度良好。     

Spectral modification and geographic redistribution of the semi-diurnal internal tide

A realistic-geometry global baroclinic tidal model forced with a single tidal constituent $(M_2)$ is used to investigate the generation of the internal tide and the associated radiated baroclinic energy flux. The model internal wave spectrum is populated at discrete frequency multiples $(1/2\text{,}1\text{,}3/2\text{,}2\text{,}5/2\text{,}\dots )$ of $M_2$. The $1/2M_2$ subharmonic is particularly energetic at its turning latitude of $\pm 28.8°$. Poleward only integer superharmonics of $M_2$ are significantly excited. The subharmonic turning latitude (SHTL) disturbance has high vertical wavenumber and shear, provided that internal tide energy level exceeds a threshold value. Under these circumstances, Richardson numbers smaller than 1/4 occur in the upper few hundred meters in both the realistic-geometry model and in a complimentary idealized geometry two-dimensional (2D) model. In the 2D model, the disturbance enables Richardson number dependent diapycnal entrainment to effect a modification of the stratification of the upper 400 m of the ocean, and poleward cross-SHTL energy flux falls to 10% of its pre-instability value due to energy transfer to the non-propagating (i.e., inertial) subharmonic. Realistic-geometry simulations suggest a more modest 40% decrease in net flux, although the strongest beams are almost entirely shut down. The predicted energy flux-convergence implies a thermocline dissipation rate in the 28.5–30.0°N latitude band of $5\times {10}^{-9}\text{W}{\text{kg}}^{-1}$, with an associated diapycnal diffusivity of ${10}^{-4}{\text{m}}^2{\text{s}}^{-1}$. North of Hawaii the implied regional dissipation rate reaches $4\times {10}^{-8}\text{W}{\text{kg}}^{-1}$ with an associated thermocline diffusivity of $8\times {10}^{-4}{\text{m}}^2{\text{s}}^{-1}$. Investigations of subgridscale parameterization and resolution sensitivity suggest that the basic character and magnitude of the predictions are robust to details of the numerical solutions. The present results are taken as further evidence that an increase in shear-driven turbulent mixing in the upper ocean is predicted at special latitudes. It is suggested that the search should be directed to regions where intense low-mode internal tide beams cross their subharmonic turning latitude.