1. 研究目的与意义(文献综述)
世界石油运输主要有海运、管道及铁路运输三个方面。目前我国进口石油运输方式还比较单一,主要有海运和铁路两种运输方式,而海运占据了其中的绝大部分,近年来均在90%左右。未来我国的石油进口运输仍将以海运为主,除了因海运成本低廉(是管运的1/15)以外,还因世界主要原油出口地集中于中东的波斯湾、加勒比海地区以及西非地区,这三大地区共占世界原油出口量的3/4,从上述地区进口石油除了海运以外,没有其他选择。
大型油船的系泊问题是船舶设计工作者在油船舾装设计方面所考虑的焦点课题之一,vlcc方形系数多大于0.8,船型肥大,质量大,惯性大单位载重吨所分配到的主机功率较小,操纵特别呆笨。船停止时启动很慢,但一旦有进速后又很难使其停下来;在旋回性能方面,航向稳定性和追随性都较差,不宜操纵。其多点系泊操作如果没有拖轮协助会很困难,而且要求其所有的系泊设备都能有效地发挥其作用;同时,在进行单点系泊操作时,所受到的静负荷和冲击力很大,普通缆绳极易在磨损或冲击后发生断缆,且由于单点系泊时船舶位置不固定,即使在风平浪静的港口,其他船舶进港时也会受到一定的波浪载荷使船舶发生倾斜而更易发生断缆现象。本课题目的在于用数值模拟的方法得到大型油船系泊时在各种环境载荷下的运动响应与系缆力大小,以期对大型油船的系泊工作方法进行一定的改善,提高大型油船的系泊安全性。
对于大型船舶的系泊问题研究,国内较常用的方法是在波浪水池中采用船模试验进行测试,得到所需船舶运动量、系缆力等参数,为码头设计方案确定系泊及作业条件。相比物理模型研究,国内的数值研究从20世纪90年代才开始。随着计算机技术和理论方法的进步,船舶系泊数值研究水平以及计算方法都得到了较好的发展。数值模拟需要时间短,经济效益好,可以随时增加分析功能,并且通用性好.系泊系统的数值模拟分析方法分为静力分析和动力分析。数值模拟技术日趋成熟,且在ansysis中的aqwa模块里有专用的系缆模块,数值模拟的优势在于可以不依赖或少依赖实验设备,通过加载风浪流而近似计算出所需数据。
2. 研究的基本内容与方案
本课题的基本任务是了解势流理论的基本原理与分析方法,掌握水动力软件AQWA的基本原理及操作,建立大型油船的数学模型,完成规则波中大型油船系泊状态下的水动力特性数值模拟并进行结果分析。船舶系泊系统的水动力响应是一个非常复杂的工程问题,系统中每一个结构的动力响应会受到其他结构的耦合影响。基于三维势流理论,应用多体水动力学软件 AQWA,在考虑系泊时水动力相互作用的情况下,计算系泊系统所受到的波浪载荷,并与不考虑系泊水动力相互作用的计算结果进行对比分析。为了完成这些任务,首先需要使用油船型线数据使用各种二维与三维建模软件建立模型,利用ICEM或GAMBIT进行网格划分,大型油船系泊状态的数值模拟分为缆绳模拟、护舷模拟、船舶模拟和波浪模拟。基于循序渐进的思路,首先计算无系缆绳情况下大型油船在规则波环境中的运动响应与受力,然后加载系缆模块,再计算无系缆绳情况下大型油船在不规则波中的运动响应与受力,最后在不规则波模型中加载系缆模块,每次系缆模块的加载都要分为单点系泊和多点系泊。
得到大型油船各系泊状态各种环境载荷下的数据后,首先需要通过回归计算和与前人实验或数值模拟的结果对比,确定所得数据的真实性,然后需要对所得到的数据进行分析,基于船舶运动量标准与船舶系缆力标准,在不同级别风浪流载荷下满足大型油船系泊的安全性要求,对比各港口的风浪流环境数据,得到可以保证大型油船安全系泊的缆绳数据要求,分别在单点系泊和多点系泊的情况下保证大型油船不发生断缆现象。
3. 研究计划与安排
第1-3周:查阅相关文献资料,明确研究内容,了解研究所需专业知识,完成开题报告。
第4-5周:了解势流理论的基本原理与分析方法,掌握水动力软件aqwa的理论背景。
第6-7周:学习水动力软件aqwa,通过对基本算例的模拟验证,掌握其基本操作。
4. 参考文献(12篇以上)
(1)郭朝义,柳红兵,张敬党船舶系泊布置初步研究造船技术2015年第5期
(2)徐道猛 刘大鹏 兰曙阳大型油船系泊安全研究港口科技·港口安全
(3)刘元丹,熊治国,刘敬喜,解德基于aqwa的旁靠油轮水动力相互作用研究舰船科学技术第34卷第5期2012年5月
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