本发明专利技术提供了一种无网格法的减摇水舱装置。其特征是使用无网格粒子法，来研究海洋工程辅助船的被动式减摇水舱设计及液体晃荡问题。减摇水舱随船舶横摇时舱内液体运动与船舶横摇运动存在相位差，当相位差为90度时，减摇水舱减摇效果最佳。否则，减摇效果减弱，甚至增摇。通过粒子法，对被动式减摇水舱晃荡的数值模拟，可得到液体晃荡与横摇运动的相位差，模拟结果与实验结果基本一致，通过相位差可以判别被动式减摇水舱最佳减摇效果的区间，指导海洋工程辅助船的减摇水舱设计。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及船舶减摇领域，具体涉及一种无网格法的减摇水舱装置。
技术介绍
在海洋工程辅助船程船的航行及运作中，减摇是一个重要的议题。因为像平台供应船和锚作拖船等海洋工程辅助船，需要长时间在平台周围服务，遇到恶劣的海况也需要坚守、甚至工作。为了减轻船员疲劳度及增加船用机械的可操作性，需要增加辅助设施来增加船舶的抗横摇性能。这其中以减摇水舱最为常见。从控制方式来分减摇水舱可分为:被动式减摇水舱和可控被动式减摇水舱。可控被动式减摇水舱通过使用控制装置气阀和水阀来控制舱内液体的晃荡，使其运动与横摇运动的相位差约90度。此时，舱内液体对船舶的作用力矩大约滞后波浪作用力矩180度，进而起到减摇效果。但该水舱需要复杂的控制与操控装置，并需要供应商的介入，从而船舶造价很高。
技术实现思路
为了弥补以上技术的不足，本专利技术提供了一种无网格法的减摇水舱装置。其特征是使用无网格粒子法，来研究海洋工程辅助船的被动式减摇水舱设计及液体晃荡问题。减摇水舱随船舶横摇时舱内液体运动与船舶横摇运动存在相位差，当相位差为90度时，减摇水舱减摇效果最佳。否则，减摇效果减弱，甚至增摇。通过粒子法，对被动式减摇水舱晃荡的数值模拟，可得到液体晃荡与横摇运动的相位差，模拟结果与实验结果基本一致，通过相位差可以判别被动式减摇水舱最佳减摇效果的区间，指导海洋工程辅助船的减摇水舱设计。同可控被动式减摇水舱相比，纯被动式减摇水舱因布置简便，无需附加功率、无需供应商的介入造价低廉方便改装等优点而广受欢迎。在被动式减摇水舱的设计中，由于没有控制液体晃荡的气阀或水阀，晃荡运动和横摇运动的相位差处于不可控状态，一般在舱内液体的固有周期附近，减摇水舱处于减摇状态，而在偏离液体固有周期的高低频横摇运动中，减摇水舱经常处于增摇状态。对于一般船舶而言，在高低频的横摇运动中，自身横摇幅度不大。所以，增摇的缺点并不突出，但类似于PHV及AHTS这样的海洋工程辅助船自身横摇固有周期偏小，可能会出现发生增摇区间处于海域波浪跨零周期的多发生区间，这会导致减摇水舱长期处于增摇状态，所以，在被动式减摇水舱的设计中，需要密切关注横摇运动和晃荡运动的相位差。使用无网格粒子法(亦称MPS法)研究被动式减摇水舱问题，同以往有关减摇水舱的数值模拟研究不同的是，该算法除了关注减摇水舱内液体的晃荡现象外，还将重点关注晃荡液体与船舶运动的相位差。在方法上，由于减摇水舱在工作时，晃荡的液体往往含有大变形的自由表面，使用一般基于欧拉网格的数值方法时会遇到一定的困难。而基于拉格朗日粒子的无网格法则在自由表面尤其是大变形自由表面的模拟中有着出色的表现。基本理论 减摇水舱——船舶横摇系统数值模拟与结果分析 数值模拟的结果分为减摇水舱内液体晃荡运动与横摇运动的相位差及自由表面两个部分。在相位差的计算中，由于减摇水舱提供的减摇力矩与舱内液体晃荡的相位相一致，所需计算的相位差，即减摇水舱内液体晃荡滞后于船舶横摇运动的相位差。晃荡液体相位的捕捉模拟通过粒子横摇中心横坐标的乘积的统计来实现，由于在无网格的粒子法中，单个粒子即代表流体粒子，液舱左右侧粒子数目的正弦变化即是液体晃荡相位的变化。使用无网格粒子法模拟了被动式减摇水舱随船舶横摇而起的晃荡现象，研究了减摇水舱晃荡与横摇运动的相位差。晃荡现象及其引起的减摇与增摇效果得到如下结论:通过模拟的水舱晃荡与横摇运动的相位差，与实验结果接近，可通过该相位差进行减摇效果的分析。模拟结果表明:作为一种无网格法粒子法，在模拟中能够容易地表现出大变形的自由表面，并且伴有液面破碎现象，整个模拟过程中，不会因此而发生数值发散，这点要优于传统的网格方法。【主权项】1.一种无网格法的减摇水舱装置，其特征是使用无网格粒子法，来研究海洋工程辅助船的被动式减摇水舱设计及液体晃荡问题。2.使用无网格粒子法(亦称MPS法)研究被动式减摇水舱问题，该算法除了关注减摇水舱内液体的晃荡现象外，还将重点关注晃荡液体与船舶运动的相位差。3.在方法上，由于减摇水舱在工作时，晃荡的液体往往含有大变形的自由表面，使用一般基于欧拉网格的数值方法时会遇到一定的困难，而基于拉格朗日粒子的无网格法则在自由表面，尤其是大变形自由表面的模拟中有着出色的表现。【专利摘要】本专利技术提供了一种无网格法的减摇水舱装置。其特征是使用无网格粒子法，来研究海洋工程辅助船的被动式减摇水舱设计及液体晃荡问题。减摇水舱随船舶横摇时舱内液体运动与船舶横摇运动存在相位差，当相位差为90度时，减摇水舱减摇效果最佳。否则，减摇效果减弱，甚至增摇。通过粒子法，对被动式减摇水舱晃荡的数值模拟，可得到液体晃荡与横摇运动的相位差，模拟结果与实验结果基本一致，通过相位差可以判别被动式减摇水舱最佳减摇效果的区间，指导海洋工程辅助船的减摇水舱设计。【IPC分类】B63B39/03【公开号】CN105564607【申请号】CN201410540736【专利技术人】刘鑫 【申请人】威海拓达高科船舶科技有限公司【公开日】2016年5月11日【申请日】2014年10月14日本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种无网格法的减摇水舱装置，其特征是使用无网格粒子法，来研究海洋工程辅助船的被动式减摇水舱设计及液体晃荡问题。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：刘鑫，
申请(专利权)人：威海拓达高科船舶科技有限公司，
类型：发明
国别省市：山东;37
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