Исследование и разработка численного метода определения сил волнового дрейфа при качке объекта в условиях мелководья тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.08.01, кандидат наук Щегорец, Светлана Викторовна

  • Щегорец, Светлана Викторовна
  • кандидат науккандидат наук
  • 2014, Санкт-Петербург
  • Специальность ВАК РФ05.08.01
  • Количество страниц 188
Щегорец, Светлана Викторовна. Исследование и разработка численного метода определения сил волнового дрейфа при качке объекта в условиях мелководья: дис. кандидат наук: 05.08.01 - Теория корабля и строительная механика. Санкт-Петербург. 2014. 188 с.

Оглавление диссертации кандидат наук Щегорец, Светлана Викторовна

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1 Методы исследования сил волнового дрейфа

ГЛАВА 2 Описание метода расчета сил волнового дрейфа

ГЛАВА 3 Анализ результатов расчетов сил волнового дрейфа на регулярном волнении

3.1 Апробация расчетного метода. Сравнение результатов, получаемых по двумерной и трехмерной теориям

3.2 Исследование влияния мелководья на величину силы и момента волнового дрейфа и их компоненты

3.3 Влияние качки объекта на составляющие силы и момента волнового дрейфа

3.4 Влияние развала бортов объекта на определение величины силы и момента

волнового дрейфа в условиях мелкой воды

ГЛАВА 4 Анализ результатов расчётов сил и моментов волнового дрейфа на

нерегулярном волнении

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

Рекомендованный список диссертаций по специальности «Теория корабля и строительная механика», 05.08.01 шифр ВАК

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Исследование и разработка численного метода определения сил волнового дрейфа при качке объекта в условиях мелководья»

ВВЕДЕНИЕ

В связи с интенсивной эксплуатацией известных месторождений нефти и газа, встает вопрос об исследовании новых месторождений, которые могли бы обеспечить возросшую потребность в этом сырье. В России, как и в других странах, исследование шельфовых месторождений не является новой задачей, но вопрос о средствах освоения и поведении морских сооружений в экстремальных условиях (штормовое волнение, течения, изменение глубины акватории до критической отметки проходимости судов и.т.д), в специфических географических условиях и конструктивных особенностях сооружения, влияющих на мореходность судов, режим эксплуатации (заякорение\плавание), изучен недостаточно полно. Исследование шельфовых месторождений еще усложняется тем, что эксплуатация морских плавучих средств ведется в условиях мелкой воды, где имеется различие в поведении судна по сравнению с глубокой водой. Во время эксплуатации, при добыче полезных ископаемых, морские сооружения подвергаются внешнему воздействию (волнение, ветра, течения), поэтому все большее распространение получают сооружения, удерживаемые якорными системами или системами автоматического позиционирования. Системы позиционирования являются ответственными системами. При проектировании этих систем необходимо знать все характеристики сил, вызывающих дрейф. Системы позиционирования воспринимают внешние воздействия, удерживая сооружения на штатных местах акватории с заданной точностью. Недооценка и неправильное проектирование систем удержания может привести к аварийным ситуациям.

Количественную и качественную оценку влияний внешних факторов с удовлетворительной достоверностью могут дать теоретические и экспериментальные исследования. В данном исследовании наиболее важным является вопрос определения сил волнового дрейфа на глубокой и мелкой воде, особенно в связи с нелинейными эффектами взаимодействия сооружения и окружающей среды.

Определение динамических и кинематических характеристик дрейфа судов и морских сооружений под действием внешних условий окружающей среды в настоящее время относится к малоизученным вопросам гидродинамики. До недавнего времени, расчеты, проводимые различными исследователями, сильно разнились, особенно это относится к случаю коротких волн, что связано с допущениями, использованными авторами и выбором метода расчета частотных характеристик и функций Кочина. Упрощенный подход дает возможность получить сравнительно простые выражения, однако не позволяет выделить в явном виде характерные составляющие искомых величин и оценить их влияние на параметры волнового дрейфа элементов плавающего тела и набегающих волн. Вследствие этого появилась необходимость в разработке более точной методики исследования сил волнового дрейфа.

Таким образом, разработка методов определения сил волнового дрейфа, действующих на плавучие средства океанотехники в условиях мелкой воды, подтвержденная теоретическими и экспериментальными исследованиями, является актуальной задачей, решение которой позволит повысить качество проектирования и надежность эксплуатации морских объектов.

Целью настоящей диссертационной работы является разработка усовершенствованного численного метода и соответствующего программного комплекса для расчета сил волнового дрейфа в жидкости ограниченной и неограниченной глубины на основании трехмерной потенциальной теории. Для достижения этой цели в работе поставлены следующие задачи:

• анализ существующих методов расчета сил волнового дрейфа, действующих на судно;

• разработка трехмерного метода и соответствующих программ расчета сил волнового дрейфа;

• проведение сравнительных и систематических расчетов сил волнового дрейфа;

• исследование влияния изменения относительной глубины воды, курсового угла, непрямостенности бортов, отдельных видов качки на силы волнового дрейфа и их отдельные компоненты;

• проведение расчетов сил волнового дрейфа на нерегулярном волнении;

• экспериментальное определение сил волнового дрейфа и сравнение полученных данных с результатами расчетов.

Методической и теоретической основой для исследования послужили методы гидродинамической теории нелинейной качки, методы вычислительной математики и прикладного программирования. Для сопоставления и обобщения результатов исследований дополнительно использовались материалы из литературных источников, данные экспериментальных исследований как отечественных, так и зарубежных исследователей.

Научная новизна работы состоит в разработке усовершенствованного расчетного метода, алгоритма и основанного на нем программно-методического комплекса, позволяющего выполнять численное решение трехмерной потенциальной задачи по определению сил и моментов волнового дрейфа, возникающих при качке судна на волнении, и учитывать при этом один из важных факторов, связанный с безопасностью мореходности, как изменение глубины акватории.

Достоверность выводов, полученных в настоящей работе, подтверждается обоснованностью допущений и математическими выкладками, результатами экспериментальных исследований и сравнением с результатами других авторов.

Практическая ценность настоящей диссертации заключается в следующем:

• разработаны расчетный метод, алгоритм и соответствующие ему программы для определения составляющих силы и момента волнового дрейфа, действующих на водоизмещающие объекты различного типа и назначения на регулярном и нерегулярном

волнении в условиях глубокой и мелкой воды, позволяющий корректно учитывать непрямостенность корпуса;

• разработаны расчетный метод, алгоритм и соответствующие ему программы, позволяющие сделать предварительную оценку влияния различных параметров (шесть видов качки, непрямостенность бортов, курсового угла и т.д. как на величины силы и момента волнового дрейфа в целом, так и на отдельные составляющие волнового дрейфа, применительно к объекту, находящегося на стадии проектирования, в условиях мелкой и глубокой воды на волнении заданной интенсивности.

Реализация результатов работы. Полученные результаты работы были использованы лабораторией мореходности ФГУП «Крыловский государственный научный центр» при выполнении федерально-целевой работы для отечественного заказчика в 2013 г.

Апробация работы. Основные положения и результаты диссертации были представлены на следующих конференциях: RAO Offshore - 2011 г., Крыловские чтения - 2009, 2011 и 2013 гг.

Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения и списка литературы. Во введении отмечается актуальность разработки новых методов определения сил волнового дрейфа.

В первой главе проводится обзор зарубежных и отечественных работ, посвященных определению сил волнового дрейфа. Обосновываются цели настоящей работы.

Во второй главе проводится описание численного определения сил волнового дрейфа, возникающих как при качке судна на мелководье, так и в жидкости неограниченной глубины.

В третьей главе проводится апробация результатов, полученных при использовании разработанного метода и соответствующих программ. Проводится систематическое исследование влияния изменения глубины воды,

курсового угла, различных видов качки, непрямостенности бортов на составляющие сил волнового дрейфа и их отдельные компоненты.

В четвертой главе рассматривается методика оценки сил волнового дрейфа на нерегулярном волнении. Выполняется анализ проведенных расчетов для различных типов судов.

В заключении приводятся основные результаты и выводы по всей работе.

ГЛАВА 1 Методы исследования сил волнового дрейфа

Первое научное обоснование о наличии постоянно действующей на судно в горизонтальной плоскости гидродинамической силе волновой природы, то есть силы волнового дрейфа (СВД), было представлено японским исследователем К. БиуеЫго [61] в 1924 году. Он обратил внимание на тот факт, что модели судов при испытаниях на бортовую качку на регулярном волнении в опытовом бассейне не только совершают поперечно-горизонтальные колебания, но и дрейфуют с некоторой скоростью по направлению бега волн. Экспериментальным путем, заключавшегося в подборе груза, удерживающего модель в некотором среднем положении в пространстве, К.БиуеЫго смог измерить силу дрейфа при бортовой качке. В своей работе автор рассматривал силу дрейфа как результат разрушения волновой структуры вследствие бортовой качки модели. Он отметил, что эта сила возникает в результате отражения волн от судна, то есть имеет дифракционную природу и имеет максимальное значение при частоте волнения, соответствующей резонансным амплитудам бортовой качки. Схематическое представление процесса исследования сил волнового дрейфа дано на рисунке 1.1.

!

1 \

!

• о — йг з;» о Г

Рисунок 1.1- Измерение силы волнового дрейфа (схема)

Ф,

,> \

1 ) | у-".

I I

1_! ч

V

I

Экспериментальные исследования другого японского ученого Б. Таза1 [63] для поперечной качки модели судна серии 60 позволили получить ряд значений скорости дрейфа (рис. 1.2). Согласно результатам был сделан вывод о том, что максимальные значения сил волнового дрейфа имеют место не только на частоте, соответствующей резонансу бортовой качки, но и на частоте, соответствующей резонансу вертикальной качки.

Рисунок 1.2- Значения скорости дрейфа при поперечной качке модели судна

серии 60

Другое объяснение природы возникновения сил волнового дрейфа было дано Y. Watanabe [69], исходя из непосредственной связи этих сил с качкой судна. Автором была выдвинута так называемая кинематическая теория волнового дрейфа, согласно которой в качестве источника упомянутых сил выступили гидродинамическое давление в невозмущённой волне и сдвиг фаз между качкой судна и возбуждающей её волной. Используя уравнения качки А.Н. Крылова, Y. Watanabe впервые смог получить аналитические выражения для силы волнового дрейфа. Расчёт по этим формулам давал более точные величины силы, чем эксперименты проведённые К. Suyehiro.

Позднее Т.Н. Havelock [29] использовал теорию Y. Watanabe для решения задачи дополнительного сопротивления движения судов на волнении. Автором

работы [29] была аналогичным образом получена формула для средней силы, действующей на судно со стороны встречного волнения.

В то же время, Т.Н. Havelock занимался исследованием другого вопроса, также связанного с изучением сил волнового дрейфа. Автор рассматривал дифракцию плоских волн на бесконечной вертикальной стенке. Интегрируя гидродинамическое давление, он получил следующую простую формулу для средней силы, действующей на единицу длины:

FDr=l-pgp\ (1.1)

где р - плотность воды, кг/м3,

g- ускорение свободного падения, м/с2, а - амплитуда регулярной волны, м.

В своем исследовании, где рассматривалась задача о давлении волн на заграждение [12], М.Д. Хаскинд получил расчетную формулу для средней силы, действующей на неподвижную пластину конечной осадки. Результаты, полученные в [12], позволили автору сделать заключение о том, что выражение (1.1) представляет собой предельное выражение для средней гидродинамической силы, имеющей место при полном отражении прогрессивных волн в жидкости неограниченной глубины. Согласно выражению, полученному М.Д. Хаскиндом для комплексной амплитуды дифрагированных волн, следует, что условие отношения осадки к длине волн равного 0,23 - является критерием полного отражения волн, то есть условие воздействия предельно коротких волн. Позднее, данную задачу дополнил и обобщил в своей работе D.Y. Evans [23], рассмотрев пластину, погруженную на некоторое расстояние под свободную поверхность.

Детальный анализ сил волнового дрейфа на основе линейной гидродинамической теории качки впервые дал Н. Maruo [43], где искомый потенциал скоростей волнового движения представлялся в виде суммы потенциалов набегающих прогрессивных волн и неизвестного дифракционного потенциала. Н. Maruo применил к области, занятой жидкостью, закон

сохранения количеств движения и, выражая гидродинамическое давление интегралом Лагранжа, после осреднения по времени формул для возмущающих сил, выделил выражения для проекций силы волнового дрейфа. Принимая известную асимптотическую форму потенциала в бесконечно удалённой области, он получил для плоского случая следующую формулу:

где А± ~ комплексная амплитуда дифрагированных волн при у —» +оо.

Первый член этого выражения связан с силой дрейфа, обусловленной разностью фаз между колебаниями судна и возбуждающей их волной. Используя зависимости, описывающие сохранение энергии, с учётом того, что судно сохраняет каким либо образом среднее положение в пространстве, было получено окончательное выражение для поперечной силы волнового дрейфа, которое имеет следующий вид:

Из этой формулы следует, что сила волнового дрейфа может быть определена исключительно дифрагированной волной. В связи с этим сила дрейфа, полученная по кинематической теории Y. Watanabe, составляет лишь часть действительной силы. Как известно, сдвиг фаз, между качкой судна и возбуждающей её волной, обусловлен наличием волнового сопротивления в уравнениях качки. Из формул, полученных Н. Maruo, следует, что сила волнового дрейфа возникает лишь тогда, когда волна отражается от поверхности плавающего тела.

На рисунке 1.3 приведены результаты решения двумерной задачи определения силы волнового дрейфа для свободно плавающего на регулярном волнении круглого горизонтального цилиндра и сферы, где а - радиус цилиндра/сферы, А - длина набегающего регулярного волнения, полученные Н. Maruo согласно, проведенному в своей работе, исследованию [43].

FDy=-pgaReA+ -\pg{A+ 2 - А~ Ч 7 4

(1.2)

FDy=^pg\A~\2.

(1.3)

В результате решения двумерной задачи линейной гидродинамической теории качки для случая вертикальной качки цилиндра с формой контура Льюиса, F. Ursell [68] и F. Tasai [66] смогли получить точные значения амплитуд отраженных и вызванных качкой волн. Основываясь на результатах работы, метода Н. Maruo и экспериментальных данных, F. Tasai [64] сделал вывод о том, что «метод Н. Maruo не объясняет экспериментальные результаты».

Рисунок 1.3 - Сила волнового дрейфа, действующая на горизонтально расположенный круглый цилиндр и сферу на регулярном волнении

В своей работе N. Toki [67] сделал предположение, что существующее различие между теоретическими и экспериментальными данными может заключаться в некотором расхождении в определении волнового потенциала возле тонкого тела для плоской задачи и реальной картины трехмерного движения жидкости далеко от плавающего тела, где применимость двумерной аппроксимации в удаленной области еще не была хорошо изучена. Тем не менее, на основании метода F. Tasai и теории Н. Maruo, N. Toki [67] получил

ЦИШШДр „.

ЦИЛИНДР ...

DO! У I С' СМ 5 OJO 0.2 S

о/Л

расчет Мппю

расчеттеорня Havelok

расчетную формулу для горизонтальной силы волнового дрейфа, которая имеет вид:

FD = l-pgh2A{\ + C2R-C2T), (1.4)

где hA - амплитуда набегающих волн;

CR, Ст— относительные амплитуды вызванных качкой и отраженных волн, имеющие следующий вид:

ha ha

В данной работе амплитуды отраженных и вызванных качкой волн определяются в процессе решения дифракционной и радиационной линейных задач на основании использования метода гидродинамических особенностей [67]. Результаты расчетов горизонтальной СВД для круглого цилиндра и катамарана, состоящего из двух корпусов круглой формы, полученные N. Toki, хорошо совпадают с экспериментальными данными. Автор полностью подтвердил применимость теории Н. Maruo для расчета сил волнового дрейфа. Сравнение теоретических результатов расчета с экспериментальными данными представлены на рисунке 1.4.

Распространение результатов Н. Maruo на случай волн, набегающих под произвольным углом ц к диаметральной плоскости цилиндрического тела, позволило A. Ogawa [49] сделать вывод о том, что в данном случае сила волнового дрейфа пропорциональна величине sin2 /и, то есть:

FDy=^pgún2 !л\А-"\ . (1.6)

Следует отметить, что использование авторами различных способов определения амплитуд в совокупности с предположением об удлиненности объекта, позволило успешно применить данный способ расчета сил волнового дрейфа на практике. Ряд расчетов поперечной силы волнового дрейфа, выполненных Н. Maruo и A. Ogawa для тел простейших форм и судна серии 60, подтвердили надежность формул.

а)

Ve

О эксперимент

____расчет Toki (с учетом экспериментапьного к-та демпфирования)

- расчет Told (без учета к-та демпфирования)

Рисунок 1.4 - Коэффициент силы волнового дрейфа для: а) полу погруженного круглого цилиндра и б) корпуса катамарана в зависимости от отношения длины волны к ширине модели исследуемых объектов

В качестве иллюстрации на рисунке 1.5 представлены результаты расчета силы и момента волнового дрейфа в зависимости от отношения длины волны к длине объекта для модели судна серии 60, выполненных в работе [49].

Тем не менее, несмотря на дальнейшее распространение метода, разработанного Н. Maruo в 40 - 50-х годах, его применение ограничивалось решением задачи определения сил волнового дрейфа только в двумерной постановке, а громоздкость выражений граничных условий на бесконечности, полученных при асимптотическом представлении потенциала, сужала область применения в вопросах исследования динамики судов на волнении.

)J L

О эксперимент

расчет Ogavvn

Рисунок 1.5 - Коэффициенты силы и момента волнового дрейфа для модели

судна серии 60

Используя теорию Н. Maruo, К. Kudou [37] рассчитал аналитическим способом горизонтальные силы волнового дрейфа, действующие на сферу, плавающую на регулярном волнении. Им также показано удовлетворительное согласование полученных теоретических результатов с экспериментальными.

Дальнейшее развитие гидродинамическая теория волнового дрейфа получила в работе J.N. Newman [48], который, помимо формул для проекций силы, получил также выражения для случая вычисления разворачивающего момента волнового дрейфа. Для тела произвольной формы эти выражения имеют вид:

2л-

о 2

о

1 1 <FDy= — pk¡ J\Н{0)2 sin QdG + - рта sin p Im Н{тг + /и)

FD

о 2

(1.7)

MDZ = ~ pkQ Im ¡H(0)H'(0)d& + — pma Re Н'{п + р)

где я(б>) - функция Кочина, имеющая следующий вид:

н{&) = I f ^ - (pd AX^+ik0(Xcos^ysmU)dn

ss v dn dri;

(1.8)

Свой метод автор проверил на расчетах, произведенных для модели судна серии 60, результаты (рис. 1.6) которого сравнивались с экспериментальными результатами P.G. Spens и P.A. Lalangas [40] и, согласно которым, наиболее удовлетворительное соответствие теории и эксперимента присутствует в области коротких частот. На рисунке 1.6 приведены безразмерные коэффициенты поперечной силы и разворачивающего момента волнового дрейфа для модели судна серии 60 (Св = 0,6) в зависимости от безразмерного параметра Я / L при различных значениях курсового угла набегающего волнения.

Рисунок 1.6 - Безразмерные коэффициенты поперечной силы и разворачивающего момента волнового дрейфа для модели судна серии 60 (Св = 0,6)

В. Molin [44] - один из первых исследователей, применивший численный метод конечных элементов для вычисления потенциала скорости движения жидкости. Для этого им было сделано преобразование выражения Н. Maruo для определения горизонтальной силы дрейфа, заключающееся в изменении поверхности интегрирования. В отличие от Н. Maruo, применявшего асимптотические разложения потенциала на бесконечности для решения двухмерной задачи, В. Molin проводит интегрирование по контрольной

i

Z.0

поверхности судна. На основании данного метода им были вычислены продольная и поперечная силы и разворачивающий момент волнового дрейфа, действующие на неподвижный танкер на встречном, косом и боковом волнении. Также полученный метод был применен автором в решении задачи о волновом дрейфе, действующем на плавающий объект произвольной формы в условиях регулярного волнения и ограниченной глубины воды. Согласно результатам, представленных в работе [45] (рис. 1.7), В. МоИп был сделан один из важных выводов о том, что дифракционные явления, или эффекты второго порядка, связаны с изменением глубины воды, а также определил, что с уменьшением глубины к/а, где к - глубина воды, а - радиус вертикально расположенного цилиндра, характеризующего область исследования, горизонтальные СВД возрастают и имеют максимальные значения в области низких частот. Свой метод автор предложил использовать при рассмотрении вертикально колеблющихся на волнении объектов и имеющих скорость хода.

Результаты, а также предложенный автором метод, позволили, в дальнейшем, положить начало детальному исследованию влияния глубины воды на составляющие силы и момента волнового дрейфа, действующие на плавающий объект на волнении.

Рисунок 1.7 - Безразмерная сила волнового дрейфа, действующая на плавающий на регулярном волнении объект в условиях ограниченной глубины

С.H. Kim и F. Chou [21] распространили формулы H. Maruo, полученные в результате решения двухмерной задачи о качке судна, расположенного лагом к волнению, на случай косого волнения и определили, таким образом, горизонтальную дрейфовую силу, действующую на неподвижное судно. В ходе дальнейшего сопоставления результатов этих авторов с экспериментальными данными и результатами, полученными другими авторами, О.М. Faltinsen пришел к выводу о том, что метод, предложенный С.Н. Kim и F. Chou может давать серьезные погрешности [25].

Дальнейшие исследования J.N. Newman в соавторстве с С.Н. Lee [41] позволили определить выражения для вертикальных СВД и момента волнового дрейфа, возникающих при килевой качке глубоко погруженных «узких» цилиндрических тел. Метод, используемый для решения данной задачи также основан на законе сохранения количеств движения.

В своей работе [62] К. Takagi распространил линейную теорию J.N. Newman для решения нелинейной задачи о волновом дрейфе, действующем на прямоугольный объект на волнении вблизи свободной поверхности в условиях ограниченной жидкости. Изложенный автором в работе [62] подход для определения горизонтальной СВД основывался на разделении области исследования на внутреннюю (поверхность объекта вблизи свободной поверхности) и внешнюю (на расстоянии от исследуемой области) зоны, для удовлетворения граничных условий которых применял метод сохранения количеств движения. При рассмотрении решения задачи, представленной в работе [62], следует обратить внимание, что автор не подтвердил достоверность полученных результатов с помощью экспериментальных данных, а также на отсутствие в решении учета гидродинамических эффектов, связанных с влиянием взаимодействия жидкости на поверхности тела вблизи свободной поверхности и вихреобразования при набегании волнения на острые кромки прямоугольного объекта погруженного в жидкость, что, в свою очередь, представляет собой решение дополнительной сложной гидродинамической задачи. На рисунке 1.8 представлены результаты

исследования К. Так^ в виде зависимости безразмерной горизонтальной СВД от частоты набегающего волнения, где а0 - амплитуда волны, - расстояние между поверхностью объекта и свободной поверхностью, В - ширина объекта.

Рисунок 1.8 - Безразмерная сила волнового дрейфа, действующая на погруженный прямоугольный объект в условиях регулярного волнения и

ограниченной глубины

Основываясь на том же законе сохранения количеств движения и используя асимптотические представления функции Грина на бесконечности от рассматриваемого объекта, W.C. Lin и A. Reed [42] получили расчетные формулы для определения горизонтальных сил волнового дрейфа и разворачивающего момента, возникающие при движении судна с постоянной скоростью на косом регулярном волнении. Недостатком этой работы является, то, что она не доведена до конкретных численных результатов. Вероятное объяснение «незаконченности» работы может заключаться в том, что попытки вычислить СВД методом плоских сечений при набегании волн под косым углом на судно путем использования теорем сохранения количеств движения не дают удовлетворительных результатов, так как общая волновая картина получается трехмерной, и использование плоской контрольной поверхности не позволяет корректно решить задачу. Данное рассуждение подтверждают не

совсем успешные расчеты С.Н. Kim и F. Chou [21], выполненные для задачи о качке судна, расположенного лагом к волнению.

Несмотря на то, что в последнее время наибольшую значимость в решении задач о волновом дрейфе приобретает метод, основанный на интегрировании давления по поверхности тела, метод сохранения количеств движения продолжает применяться в ряде • специфических задач, сформулированных как для двумерной, так и трехмерной гидродинамической теориям. Примером является исследование M. Kashiwagi, представленное в работе [35], где автор применяет метод сохранения количеств движения к решению двумерной задачи о силе волнового дрейфа, действующей на плавающее тело в неоднородной жидкости в условиях ограниченной глубины акватории. Здесь под неоднородностью жидкости понимается разделение области исследования на две подобласти: поверхностно-волновой с длинными волнами и внутренней с короткими по длине волнами; обе области характеризуют как набегающее на объект волнение, так и исходящее в результате качки объекта. Несмотря на громоздкость решения задачи, связанной с проблемой удовлетворения граничных условий для общей зоны двухуровневой жидкости, а также отсутствие экспериментальных результатов в качестве подтверждения достоверности изложенного метода, исследование, проведенное в работе [35], позволило М. Kashiwagi получить численные результаты и вывести ряд важных заключений, направленных на дальнейшее исследование влияния внутреннего движения жидкости на динамику объекта на волнении. В качестве иллюстрации, на рисунке 1.9 приведены результаты расчета СВД, действующей на объект с обводами формы контура Льюиса на волнении и совершающего вертикальные колебания в двухуровневой жидкости. Здесь у - отношение плотностей жидкости двух уровней, H0=b/d -отношение полуширины обвода объекта формы контура Льюиса к осадке, <т = AlBd - коэффициент общей составной площади, h - общая глубина акватории, к - волновое число, /г,, /г2 - глубины первого и второго уровня жидкости, соответственно.

Похожие диссертационные работы по специальности «Теория корабля и строительная механика», 05.08.01 шифр ВАК

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Щегорец, Светлана Викторовна, 2014 год

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1 Абрамовиц М., Стиган Н. Справочник по специальным функциям. - М.: Наука, - 1979.

2 Войткунский Я.И. Сопротивление движению судов - 2-е изд., перераб. и доп. - Л.: Судостроение, 1988. - 286 с.

3 Дмитриева И.Н. Применение численных методов в решении пространственных задач гидродинамики судов и средств океанотехники: Учеб. пособие / СПбГМТУ. - СПб.: Изд-во Центр СПбГМТУ, 1996. - 116 с.

4 Исследование мореходности судна трубоукладчика в условиях мелкой воды: Науч.-техн. отчет: №44364 / ЦНИИ им. акад. А.Н. Крылова. - СПб, 2008.

5 Луговский В.В. Динамика моря - Л.: Судостроение, 1976, - 200 с.

6 Луговский В.В. Гидродинамика нелинейной качки судов - Л.: Судостроение, 1983, - 256 с.

7 Луговский В.В. Качка корабля: Учеб. пособие / СПбГМТУ. - СПб.: Изд-во Центр СПбГМТУ, 1999.

8 Прикладные задачи динамики судов на волнении / И.К. Бородай, В.А. Мореншильдт, Г.В. Виленский и др.; Под редакцией И.К. Бородая. - Л.: Судостроение, 1989.

9 Семенова В.Ю. Разработка метода расчета нелинейной качки судов: Диссертация на соискание ученой степени доктора технических наук: 05.08.01 / СПбГМТУ. - СПб, 2005.

10 Тан Х.А. Разработка метода расчета качки судов на мелководье на основе трехмерной потенциальной теории: Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук: 05.08.01 / СПбГМТУ. - СПб, 2011.

11 Трунин В.К. Определение возмущающих сил и сил волнового дрейфа: Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук: 05.08.01 /ЯШ.- Л., 1984.

12 Хаскинд М.Д. Давление волн на заграждение // Инж. сб. ин-та мех. АН СССР: Вып. 2.- 1948.

13 Щегорец С.В., Куликова А.Н. Экспериментальное исследование сил волнового дрейфа, действующих на судно в условиях регулярного и нерегулярного волнения на глубокой воде и мелководье // Труды ЦНИИ им. акад. А.Н. Крылова. - СПб, 2009. - вып. №48(332), - с. 31-40.

14 Щегорец С.В., Семенова В.Ю., Борисов Р.В. Исследование влияния относительной глубины фарватера и курсового угла на силы волнового дрейфа при качке судна на мелководье // Морской Вестник - СПб, 2013. -Специальный выпуск №2 (125), - с. 76-81.

15 Щегорец С.В., Тан Х.А. О влиянии качки на дрейфовые силы, действующие на плавучее сооружение в условиях мелководья // Научно-технические ведомости СПбГПУ. - СПб, 2011. - вып. №1(117), -с.287-292.

16 Экспериментальное исследование сил волнового дрейфа, действующих на объекты различной конфигурации и назначения в условиях глубокого и мелкого фарватера: Науч.-техн. отчет: №47241 / ФГУП «Крыловский государственный научный центр»: - СПб, 2013.

17 23th International Towing Tank Conference (ITTC): Proceedings, Final Report and Recommendations. - 2002. - vol. 2.

18 Ankudinov V.K. Non-periodical forces and moments on a ship in waves // I.S.P., 1969.-vol. 16.-No. 179.

19 Boese P. Eine Einfache Methode zur Berechnung der Widerstandserhohung Eines Schiffesim Seegang // Schiffstechnik, Ed. -1970. - No. 17.

20 Bourianoff G.L., Penumalli B.R. Numerical Simulation of Ship Motion by Eulerian Hydrodynamic Techniques // 2nd International Conference on Numerical Ship Hydrodynamics/ University of California. - Berkeley, 1977.

21 Chou F., Kim C.H. Prediction of Drifting Force and Moment on an Ocean Platform Floating in Oblique Waves // International Shipbuilding Progress. -1973.-vol. 20.-No. 230.

22 Dalzell J.F., Kim C.H. An Analysis of the Quadratic Frequency Response for Lateral Drifting Force and Moment // Journal of Research. -Jun., 1981. - vol. 25.-No. 2.-pp. 117-129.

23 Evans D.V. A Theory for Wave-Power Absorption by Oscillating Bodies // Journal of Fluid Mechanics. - 1977.-No. l.-pp. 1-25.

24 Faltinsen O.M., Loken A.E. Slow Drift Oscillations on a Ship in Irregular Waves // Journal of Applied Research. - 1979. - No. 1.

25 Faltinsen O.M., Michelsen F. The Motions of Large Structures in Waves at Zero Froude Number // Symposium on the Dynamics of Marine Vehicles and Structures in Waves. - London, 1974.

26 Garrison C.Y. Hydrodynamic Loading of Large Offshore Structures: Three-Dimensional Source Distribution Methods // Numerical Methods in Offshore Engineering. - John Wiley, 1978. - pp. 87-140.

27 Goodman T.R. Forces on a Hovering Slender Body of Revolution Submerged under a Free Surface: Developments in Mechanics // Pergamon Press. - New York, 1965.

28 Grekas A., Guevel P. Le theoreme de Lagally Generalise et ses Applications en Hydrodynamique Navale // Proceedings of ATMA Conference (in French). - Paris, 1981.

29 Havelock T.H. The Drifting Force on a Ship among Waves // Philosophical Magazine. - 1942. - vol. 33.

30 Hermans A.J. Low-Frequency Second-Order Wave-Drift Forces and Damping // Journal of Engineering Mathematics. - 1999. -No. 35. -pp. 181-198.

31 Huijmans R.H.M. Mathematical Modelling of the Mean Wave Drift Force in Carrent, a Numerical and Experimental Study: PhD Thesis. - TU Delft, 17 Jul., 1996.-pp. 187.

32 Huijmans R.H.M., Pinkster J.A. Wave Drift Forces in Shallow Water // Behaviour of Offshore Structures (BOSS). - London, 1992. - pp. 1159-1183.

33 John F. On the Motion of Floating Bodies // Comm. Pure and Applied Mathematics. - 1950. - vol. 3. - pp. 45-1014.

34 Journee J.M. Theoretical Manual of Seaway / Delft University of Technology: Report 1216a. - The Netherlands, 2001.

35 Kashiwagi M. Wave Drift Force in a Two-Layer Fluid of Finite Depth // Journal of Research Institute for Applied Mechanics / Kyushu University. - 2004. - pp. 1-15.

36 Koterayama W. Motion of Moored Floating Body and Tension of Mooring Lines in Waves // Journal of Seibu-Zosen-Kai. - Nov., 1976.

37 Kudou K. The Drifting Force Acting on a Three-Dimensional Body in Waves // S.N.A.-Japan, 1977.-vol. 141.

38 Laiton E.V., Wehausen J.V. Surface Waves // Encyclopedia of Physics. - Berlin, Springer-Verlag, 1960. - vol. 9, pp. 446-778.

39 Lalangas P. Lateral and Vertical Forces and Moments on a Restrained Series 60 Ship Model in Oblique Regular Waves: Report 920, Davidson Laboratory / Stevens Institute of Technology. - Hoboken, N. J., Oct., 1963.

40 Lalangas P.A., Spens P.G. Measurements of the Mean Lateral Force and Yawing Moment on a Series 60 Model in Oblique Regular Waves: Report 880 / Davidson Laboratory. - Jun., 1962.

41 Lee C.M., Newman J.N. The Vertical Force and Moment of Submerged Bodies under Waves // Journal of Ship Research. - 1971. - vol. 15. - No. 3.

42 Lin W.C., Reed A. The Second Order Steady Force and Moment on a Ship Moving in an Oblique Seaway // 11th Symposium on Naval Hydrodynamics / University College. - London, 1976.

43 Maruo H. The Drift of a Body Floating on Waves // Journal of Ship Research. -Dec., 1960.-vol. 4.-No. 3.

44 Molin B. Computations of Drift Forces // 11th O.T.C.: Paper No. 3627. -Houston, 1979. - pp. 2337-2344.

45 Molin B. Second Order Diffraction Loads upon Three-Dimensional Bodies // Applied Ocean Research. - 1979. - vol. 1. - No. 4. - pp. 197-202.

46 Molin B., Ledoux A., Delhommeau G., Remy F. A Lagally Formulation of the Wave Drift Force // Proceedings of 21 st International Workshop Water Waves and Floating Bodies. - Loughborough, 2006.

47 Newman J.N. Algorithms for the Free-Surface Green Function // Journal of Engineering Mathematics. - 1985. - No. 19. - pp. 57-67.

48 Newman, J.N. The Drift Force and Moment on Ships in Waves // Journal of Ship Research. -Mar.,1967.- vol. 11.-No. 1,-pp. 51-60.

49 Ogawa A. The Drifting Force and Moment on a Ship in Oblique Regular Waves // International Shipbuilding Progress. - Jan., 1967. - vol. 14. - No. 149. -pp. 34-40.

50 Ogilvie T.F. First and Second Order Forces on a Cylinder Submerged under a Free Surface // Journal of Fluid Mechanics. - 1963. - vol. 16. - part 3, pp. 451-472.

51 Oortmerssen Van G. The motions of a ship in shallow water // Ocean Engineering. - 1976. - vol.3 - No. 4.

52 Papanikolaou A. A Three-dimensional Panel Method for Motions and Loads of Ships with Forward Speed // Schiffstechnik, B. 39, H.4, - 1992, -pp. 147-156.

53 Papanikolaou A., Zaraphonitis G. On an Improved Method for the Evaluation of Second-Order Motions and Loads on 3D Floating Bodies in Waves // Journal Schiffstechnik. - 1987. - vol. 34. - pp. 170-211.

54 Papanikolaou A., Zaraphonitis G. On the Second-Order Steady Motions of 3D Bodies in Waves // Proceedingsof 2nd International Workshop on Water Waves and Floating Bodies. - Bristol (UK), Mar., 1987. - pp. 89-94.

55 Pinkster I.A. Low Frequency Second-Order Wave Exciting Forces on Floating Structures / Netherlands Ship Model Basin. - Wageningen-Netherlands, 1979. -No. 650.-pp.240.

56 Pinkster J.A. Low Frequency Second-Order Wave Exciting Forces on Floating Structures: PhD Thesis / TU Delft. - 1980. - pp. 204.

57 Pinkster J.A., Oortmerssen van G. Computation of the First and Second order Wave Forces on Bodies Oscillating in Regular Waves // 2nd International Conference Numerical Ship Hydrodynamics. - 1977. - pp. 136-156.

58 Recommended Practice DNV-RP-C205: Environmental Conditions and Environmental Loads. - Apr., 2007. - pp. 33-35.

59 Remery G.F.M., Oortmsessen van G. The Mean Wave, Wind and Current Forces on Offshore Structures and Their Role in the Design of Mooring Systems

// Proceedings of Offshore Technology Conference (O.T.C.): Paper No. 1741.- 1973.-pp. 1-169-1-184.

60 Salvesen N. Second Order Steady State Forces and Moments on Surface Ships in Oblique Regular Waves // Symposium on the Dynamics of Marine Vehicles and Structures in Waves. - London, 1974.

61 Suyehiro K. On the Drift of Ships Caused by Rolling among Waves // Trans. INA. -1924. -vol. 66.

62 Takagi K. The Drift Force on a Rectangular Body Close to the Free Surface // Journal of the Kansai Society of Naval Architects of Japan. - 1993. -No. 220.-pp. 217-223.

63 Tasai F. Ship Motion in Beam Sea: Report of Research Institute for Applied Mechanics. - 1965. - vol. XIII. -No.45.

64 Tasai F. On The Drifting Force for Cylinders Floating on Waves // Journal of the Kansai Society ofN. A. of Japan (in Japanese). - 1974. - vol. 152.

65 Tasai F., Koterayama W. Nonlinear Hydrodynamic Forces Acting on Cylinders Heaving on the Surface of a Fluid: Report of Research Institute for Applied Mechanics / Kyushu University. - 1976. - No. 77.

66 Tasai F. Formula for calculating hydrodynamic force of cylinder heaving on a free surface (N - parameter family): Report of Research Institute for Applied Mechanics - 1980. - vol. 8. - No. 31.

67 Toki N. Study on Drifting Force Acting on Two-Dimensional Body in Waves // Journal of the Japan Society of Naval Architects and Ocean Engineers. - 1978. -No. 55.-pp. 117-126.

68 Ursell F. On the Heaving Motion of a Circular Cylinder on the Surface of a Fluid // Quarterly Journal of Mechanics and Applied Mathematics. - 1949. -vol. 2.-pp. 218-231.

69 Watanabe Y. Some Contribution to the Theory of Rolling // Trans. INA. - 1938. -vol. 80.

70 Wichers J.E.W. A Simulation Model for a Single Point Moored Tanker: PhD thesis / Delft University of Technology. -Wageningen, The Netherlands, 1988.

Обратите внимание, представленные выше научные тексты размещены для ознакомления и получены посредством распознавания оригинальных текстов диссертаций (OCR). В связи с чем, в них могут содержаться ошибки, связанные с несовершенством алгоритмов распознавания. В PDF файлах диссертаций и авторефератов, которые мы доставляем, подобных ошибок нет.