一種無網(wǎng)格法的減搖水艙裝置的制造方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及船舶減搖領域，具體涉及一種無網(wǎng)格法的減搖水艙裝置。
【背景技術】
[0002]在海洋工程輔助船程船的航行及運作中，減搖是一個重要的議題。因為像平臺供應船和錨作拖船等海洋工程輔助船，需要長時間在平臺周圍服務，遇到惡劣的海況也需要堅守、甚至工作。為了減輕船員疲勞度及增加船用機械的可操作性，需要增加輔助設施來增加船舶的抗橫搖性能。這其中以減搖水艙最為常見。從控制方式來分減搖水艙可分為:被動式減搖水艙和可控被動式減搖水艙?？煽乇粍邮綔p搖水艙通過使用控制裝置氣閥和水閥來控制艙內(nèi)液體的晃蕩，使其運動與橫搖運動的相位差約90度。此時，艙內(nèi)液體對船舶的作用力矩大約滯后波浪作用力矩180度，進而起到減搖效果。但該水艙需要復雜的控制與操控裝置，并需要供應商的介入，從而船舶造價很高。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0003]為了彌補以上技術的不足，本發(fā)明提供了一種無網(wǎng)格法的減搖水艙裝置。其特征是使用無網(wǎng)格粒子法，來研究海洋工程輔助船的被動式減搖水艙設計及液體晃蕩問題。減搖水艙隨船舶橫搖時艙內(nèi)液體運動與船舶橫搖運動存在相位差，當相位差為90度時，減搖水艙減搖效果最佳。否則，減搖效果減弱，甚至增搖。通過粒子法，對被動式減搖水艙晃蕩的數(shù)值模擬，可得到液體晃蕩與橫搖運動的相位差，模擬結(jié)果與實驗結(jié)果基本一致，通過相位差可以判別被動式減搖水艙最佳減搖效果的區(qū)間，指導海洋工程輔助船的減搖水艙設計。
[0004]同可控被動式減搖水艙相比，純被動式減搖水艙因布置簡便，無需附加功率、無需供應商的介入造價低廉方便改裝等優(yōu)點而廣受歡迎。在被動式減搖水艙的設計中，由于沒有控制液體晃蕩的氣閥或水閥，晃蕩運動和橫搖運動的相位差處于不可控狀態(tài)，一般在艙內(nèi)液體的固有周期附近，減搖水艙處于減搖狀態(tài)，而在偏離液體固有周期的高低頻橫搖運動中，減搖水艙經(jīng)常處于增搖狀態(tài)。對于一般船舶而言，在高低頻的橫搖運動中，自身橫搖幅度不大。所以，增搖的缺點并不突出，但類似于PHV及AHTS這樣的海洋工程輔助船自身橫搖固有周期偏小，可能會出現(xiàn)發(fā)生增搖區(qū)間處于海域波浪跨零周期的多發(fā)生區(qū)間，這會導致減搖水艙長期處于增搖狀態(tài)，所以，在被動式減搖水艙的設計中，需要密切關注橫搖運動和晃蕩運動的相位差。
[0005]使用無網(wǎng)格粒子法(亦稱MPS法)研究被動式減搖水艙問題，同以往有關減搖水艙的數(shù)值模擬研究不同的是，該算法除了關注減搖水艙內(nèi)液體的晃蕩現(xiàn)象外，還將重點關注晃蕩液體與船舶運動的相位差。在方法上，由于減搖水艙在工作時，晃蕩的液體往往含有大變形的自由表面，使用一般基于歐拉網(wǎng)格的數(shù)值方法時會遇到一定的困難。而基于拉格朗日粒子的無網(wǎng)格法則在自由表面尤其是大變形自由表面的模擬中有著出色的表現(xiàn)。
[0006]基本理論
減搖水艙——船舶橫搖系統(tǒng)數(shù)值模擬與結(jié)果分析
數(shù)值模擬的結(jié)果分為減搖水艙內(nèi)液體晃蕩運動與橫搖運動的相位差及自由表面兩個部分。在相位差的計算中，由于減搖水艙提供的減搖力矩與艙內(nèi)液體晃蕩的相位相一致，所需計算的相位差，即減搖水艙內(nèi)液體晃蕩滯后于船舶橫搖運動的相位差。晃蕩液體相位的捕捉模擬通過粒子橫搖中心橫坐標的乘積的統(tǒng)計來實現(xiàn)，由于在無網(wǎng)格的粒子法中，單個粒子即代表流體粒子，液艙左右側(cè)粒子數(shù)目的正弦變化即是液體晃蕩相位的變化。
[0007]使用無網(wǎng)格粒子法模擬了被動式減搖水艙隨船舶橫搖而起的晃蕩現(xiàn)象，研究了減搖水艙晃蕩與橫搖運動的相位差?；问幀F(xiàn)象及其引起的減搖與增搖效果得到如下結(jié)論:通過模擬的水艙晃蕩與橫搖運動的相位差，與實驗結(jié)果接近，可通過該相位差進行減搖效果的分析。模擬結(jié)果表明:作為一種無網(wǎng)格法粒子法，在模擬中能夠容易地表現(xiàn)出大變形的自由表面，并且伴有液面破碎現(xiàn)象，整個模擬過程中，不會因此而發(fā)生數(shù)值發(fā)散，這點要優(yōu)于傳統(tǒng)的網(wǎng)格方法。
【主權項】
1.一種無網(wǎng)格法的減搖水艙裝置，其特征是使用無網(wǎng)格粒子法，來研究海洋工程輔助船的被動式減搖水艙設計及液體晃蕩問題。2.使用無網(wǎng)格粒子法(亦稱MPS法)研究被動式減搖水艙問題，該算法除了關注減搖水艙內(nèi)液體的晃蕩現(xiàn)象外，還將重點關注晃蕩液體與船舶運動的相位差。3.在方法上，由于減搖水艙在工作時，晃蕩的液體往往含有大變形的自由表面，使用一般基于歐拉網(wǎng)格的數(shù)值方法時會遇到一定的困難，而基于拉格朗日粒子的無網(wǎng)格法則在自由表面，尤其是大變形自由表面的模擬中有著出色的表現(xiàn)。
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種無網(wǎng)格法的減搖水艙裝置。其特征是使用無網(wǎng)格粒子法，來研究海洋工程輔助船的被動式減搖水艙設計及液體晃蕩問題。減搖水艙隨船舶橫搖時艙內(nèi)液體運動與船舶橫搖運動存在相位差，當相位差為90度時，減搖水艙減搖效果最佳。否則，減搖效果減弱，甚至增搖。通過粒子法，對被動式減搖水艙晃蕩的數(shù)值模擬，可得到液體晃蕩與橫搖運動的相位差，模擬結(jié)果與實驗結(jié)果基本一致，通過相位差可以判別被動式減搖水艙最佳減搖效果的區(qū)間，指導海洋工程輔助船的減搖水艙設計。
【IPC分類】B63B39/03
【公開號】CN105564607
【申請?zhí)枴緾N201410540736
【發(fā)明人】劉鑫
【申請人】威海拓達高科船舶科技有限公司
【公開日】2016年5月11日
【申請日】2014年10月14日