海上中高速三体风电维护船船型设计与阻力及耐波性能研究

【摘要】：风能作为无污染的清洁能源可以减少传统石化能源的消耗,减少环境污染。随着风能的逐渐被利用,海上风电场也随之产生,使得相对应的海上风电场维护船的需求也逐渐加大。本文结合海上风电场的使用要求并分析三体船的船型特点,选用三体船作为海上风电场维护船船型,并根据相关资料确定了其主要要素,同时运用船舶设计软件NAPA进行型线设计,进而结合三体风电维护船的具体使用要求完成了总布置设计。本文主要对侧体排水体积占总排水体积的不同比例以及主侧体的不同相对位置来研究对三体维护船的阻力及耐波性能的影响,并产生多方案进行分析比较。运用计算流体动力学(CFD)软件FINE/Marine计算各方案的静水阻力以及NAPA软件中的耐波性计算模块对三体风电维护船的纵摇和升沉性能进行计算分析。综合分析侧体不同的体积比及不同位置对三体维护船的阻力及纵摇和升沉性能的影响可知,当侧体排水体积占总排水体积的9%~12%范围内,侧体与主体尾封板齐平并且横向间距b=4.05m时三体风电维护船的综合性能较优,该组合下的三体维护船的综合性能良好,适合于海上风电场维护船船型,能够很好的完成风电场的日常运行和维护工作。本文所获的研究成果对该类船型的阻力及纵摇升沉性能计算具有一定的参考价值,可以为今后海上风电场维护船的选择提供参考依据。 【关键词】：海上风电 三体船 船型设计 CFD 纵摇升沉
【学位授予单位】：江苏科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TM614
【目录】：

• 摘要6-7
• Abstract7-12
• 第1章 绪论12-20
• 1.1 选题的意义与实用价值12-13
• 1.2 本课题的研究现状13-18
• 1.2.1 中高速船船型研究现状13-15
• 1.2.2 风电维护船研究现状15-16
• 1.2.3 CFD数值仿真分析研究现状16-17
• 1.2.4 耐波性研究现状17-18
• 1.3 论文的主要研究内容18-20
• 第2章 船舶CFD及耐波性理论20-34
• 2.1 船舶CFD理论20-27
• 2.1.1 数学模型20-23
• 2.1.2 自由面的追踪方法23-24
• 2.1.3 控制方程的离散24-25
• 2.1.4 流场的求解方法25-26
• 2.1.5 网格的划分26-27
• 2.1.6 基于FINE/Marine船舶水动力性能分析27
• 2.2 船舶耐波性理论27-33
• 2.2.1 船舶在波浪中的运动概述28-29
• 2.2.2 船舶在规则波中的纵向、横向和垂向运动响应29-32
• 2.2.3 切片法理论32-33
• 2.3 本章小结33-34
• 第3章 三体维护船船型方案确定与总布置设计34-50
• 3.1 三体风电维护船方案构思34-37
• 3.1.1 三体船船型特点34-35
• 3.1.2 使用要求35-36
• 3.1.3 方案构思36-37
• 3.2 三体维护船主要要素确定37-44
• 3.2.1 三体船主要要素概述37
• 3.2.2 船型资料37-38
• 3.2.3 三体船主体主尺度确定38-41
• 3.2.4 三体船侧体主尺度确定41-42
• 3.2.5 三体船相对位置确定42
• 3.2.6 排水量校核42-44
• 3.2.7 快速性校核44
• 3.3 三体维护船船型设计44-48
• 3.3.1 NAPA软件简介45-46
• 3.3.2 三体船型方案确定46
• 3.3.3 三体船总布置设计46-48
• 3.4 本章小结48-50
• 第4章 三体维护船的阻力数值仿真分析研究50-59
• 4.1 基于FINE/MARINE的计算方法研究50-53
• 4.1.1 三体船模尺度参数50-51
• 4.1.2 计算域的选取及网格划分51-52
• 4.1.3 计算参数设置52
• 4.1.4 数值计算结果及分析52-53
• 4.2 不同排水体积之比的方案仿真计算53-56
• 4.2.1 各方案参数说明54
• 4.2.2 各方案阻力仿真结果分析54-56
• 4.3 主侧体不同位置方案仿真计算56-58
• 4.3.1 各方案位置参数说明56-57
• 4.3.2 各方案阻力仿真结果及分析57-58
• 4.4 本章小结58-59
• 第5章 三体风电维护船耐波性能分析59-71
• 5.1 耐波性计算模块简介与船型方案59-62
• 5.1.1 计算定义60
• 5.1.2 耐波性操作界面60-61
• 5.1.3 船型方案说明61-62
• 5.2 三体维护船纵摇频率响应函数62-65
• 5.2.1 方案一（体积比为 9%，纵向间距为 6.35m）62
• 5.2.2 方案二（体积比为 12%，纵向间距为 6.35m）62-63
• 5.2.3 方案三（体积比为 9%，纵向间距为 3.175m）63-64
• 5.2.4 方案四（体积比为 12%，纵向间距为 3.175m）64
• 5.2.5 纵摇响应曲线对比64-65
• 5.3 三体维护船升沉频率响应函数65-69
• 5.3.1 方案一（体积比为 9%，纵向间距为 6.35m）65-66
• 5.3.2 方案二（体积比为 12%，纵向间距为 6.35m）66
• 5.3.3 方案三（体积比为 9%，纵向间距为 3.175m）66-67
• 5.3.4 方案四（体积比为 12%，纵向间距为 3.175m）67-68
• 5.3.5 升沉响应曲线对比68-69
• 5.4 各方案结果比较分析69
• 5.5 本章小结69-71
• 结论71-73
• 参考文献73-77
• 附录77-91
• 攻读硕士期间发表的论文91-92
• 致谢92

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