船首甲板上浪问题的数值模拟

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1、上海交通大学硕士学位论文船首甲板上浪问题的数值模拟硕士研究生：叶海轩学号：1120109186导师：万德成教授申请学位：专业学位硕士学科：船舶与海洋工程所在单位：船舶海洋与建筑工程学院答辩日期：2015年1月授予学位单位：上海交通大学DissertationSubmittedtoShanghaiJiaoTongUniversityfortheDegreeofMasterNUMERICALSIMULATIONOFGREENWATERONDECKATBOWCandidate：HaixuanYeStudentI

2、D:1120109186Supervisor：Prof.DechengWanAcademicDegreeAppliedfor：MasterofEngineeringNavalArchitectureandOceanSpeciality：EngineeringSchoolofNavalArchitecture,Affiliation：CivilandOceanEngineeringDateofDefence：Jan,2015Degree-Conferring-Institution：ShanghaiJiao

3、TongUniversity上海交通大学硕士学位论文船首甲板上浪问题的数值模拟摘要当船舶在恶劣海况中航行时，船体与波浪之间的大幅度相对运动将导致大量水体由船首、船侧及船尾涌上甲板，形成甲板上浪现象。甲板上浪对船舶航行及安全方面的不良影响包括：上浪水体对甲板上装置的剧烈冲击、破坏；船舶被迫改变航向；船体运动受到强烈影响以及对驾驶员视线被干扰等。严重的甲板上浪现象可能导致船体严重受损甚至倾覆。这不仅会导致经济财产的损失，更可能造成严重的人员伤亡。近来，也有试验表明，在船侧出现的甲板上浪现象对船舶的参数横摇现象

4、也会造成一定影响。正因如此，不论对于民船还是军船，甲板上浪现象对于船舶结构、人员安全以及船舶性能的影响一直是船舶设计过程中所要考虑的重要因素。此外,历史上多起由甲板上浪导致的浮式生产储油轮（FloatingProductionStorageandOffloading(FPSO)）停产及结构破坏说明，对于无航速的船型海洋结构物来说，甲板上浪也是需要考虑的因素之一。本论文将在总结前人研究工作的基础上，使用naoe-FOAM-SJTU求解器求解不可压Navier-Stokes(N-S)方程，完成对甲板上浪过程的

5、模拟。模拟过程包括了完整数值造波、消波，船体与波浪间相互作用的直接耦合、水体上浪砰击、波浪翻卷破碎等物理现象。本文首先验证了naoe-FOAM-SJTU求解器对船体在波浪上运动、自由面大变形（翻卷、破碎等）、甲板上浪砰击压力的预报等的准确性。通过详细的收敛性验证、与试验结果的对比，针对甲板上浪问题，找到合适的数值求解方式。在此基础上，本文对二维、三维情况下固定及运动船体的甲板上浪问题进行了数值模拟，研究了甲板上浪过程对船体运动的影响，探讨了直接耦合计算船体运动和甲板上浪过程的必I上海交通大学硕士学位论文要

6、性。通过与模型试验结果等的比较，对不同波浪参数、航速情况下的甲板上浪形式、上浪过程中水体演化以及水体对甲板及上层建筑的砰击力等进行了分析研究。关键词：甲板上浪、上浪砰击、数值模拟、naoe-FOAM-SJTU求解器II上海交通大学硕士学位论文NUMERICALSIMULATIONOFGREENWATERONDECKATBOWABSTRACTWhenashipissailinginsevereseaconditions,largeamplitudesofrelativemotionsbetweenthesh

7、iphullandwavescanresultinaconsiderableamountofwaterpouringontothedeckfromtheshipbow,shipboardsandeventhestern.Thisphenomenonisgreenwaterondeck.Itsnegativeinfluencesinclude:violentimpactanddestructionofdevicesonthedecks,voluntaryorpassivespeed-loss,beingfo

8、rcedtochangecourses,largeinfluenceonshipmotionsandinterferenceofsailors’sightlines.Seriouseventsofgreenwaterondeckmaycausemajordamageofshiphullsoreventheircapsizing.Mostrecently,experimentsindicatedthateventsofgreen