船舶近岸航行岸壁效應(yīng)數(shù)值研究.pdf

1、近年來(lái)，船舶向大型化發(fā)展，主尺度不斷增長(zhǎng)，淺窄航道對(duì)船舶操縱性的影響問(wèn)題越來(lái)越突出。船舶在靠近航道岸壁航行時(shí)所受水動(dòng)力的特點(diǎn)與在無(wú)限水域中時(shí)有很大不同。近岸航行的船舶，由于岸壁影響使其左右兩側(cè)流體流動(dòng)不對(duì)稱，使船體受到指向岸壁的橫向水動(dòng)力和使船首偏離岸壁的首搖力矩，稱為岸壁效應(yīng)。岸壁效應(yīng)對(duì)近岸航行的船舶而言，是一個(gè)不安全因素，常會(huì)造成船舶過(guò)度與岸壁接近而發(fā)生碰撞，導(dǎo)致人員傷亡和財(cái)產(chǎn)損失，特別是對(duì)于VLCC、LNG和化學(xué)品船等船舶，一旦發(fā)

2、生碰撞還會(huì)造成海洋環(huán)境污染，給人們帶來(lái)巨大災(zāi)難。因此，加強(qiáng)岸壁效應(yīng)的研究，對(duì)近岸航行船舶的操縱運(yùn)動(dòng)水動(dòng)力進(jìn)行預(yù)報(bào)，一方面，可對(duì)行駛中船舶的操作進(jìn)行指導(dǎo)，以保證船舶的航行安全，另一方面，可為人們建造具有合理截面形狀的河道提供參考依據(jù)。本文采用一種一階三維Rankine源面元法對(duì)岸壁效應(yīng)進(jìn)行研究，計(jì)算淺水中近岸航行船舶受到的橫向力和首搖力矩。在該方法中，分別在船體表面、岸壁表面和自由表面上布置Rankine源來(lái)表達(dá)流體擾動(dòng)速度勢(shì)，并通過(guò)滿足

3、這些邊界面上的邊界條件，來(lái)確定未知源強(qiáng)，在確定源強(qiáng)和速度勢(shì)后，由伯努利方程得到流場(chǎng)中的水動(dòng)壓力，進(jìn)而通過(guò)船體濕表面的壓力積分求得船體水動(dòng)力和力矩。在數(shù)值處理過(guò)程中，利用鏡像原理來(lái)計(jì)及水底的影響；采用求解非線性方程組的Newton迭代法來(lái)逐步滿足非線性自由面條件；輻射條件采用自由面奇點(diǎn)抬高與錯(cuò)位技術(shù)來(lái)滿足。本文采用上述方法計(jì)算了標(biāo)準(zhǔn)Wigley船型和系列60(CB=0.6)船型的深水興波阻力和下沉、縱傾(合稱為“下蹲”)、標(biāo)準(zhǔn)Wigley

4、船型的淺水興波阻力和“下蹲”、系列60(CB=0.6)船型沿垂直岸壁、傾斜岸壁、下潛岸壁以及在淺窄航道中偏離航道中心航行時(shí)受到的橫向力、首搖力矩和“下蹲”，并對(duì)上述計(jì)算結(jié)果和他人的試驗(yàn)結(jié)果或回歸公式計(jì)算結(jié)果進(jìn)行了比較分析，討論了船-岸距離、水深、航速、岸壁傾角、下潛岸壁的高度和淺窄航道的寬度對(duì)船舶受到的橫向力和首搖力矩的影響。本文在研究過(guò)程中，通過(guò)大量的數(shù)值實(shí)踐，積累了一些網(wǎng)格劃分和數(shù)值計(jì)算方面的經(jīng)驗(yàn)，為進(jìn)一步研究限制水域船舶操縱性打下