海洋浮标的稳定性能分析与水动力学响应特性的数值模拟

IOCAS-IR > 海洋环流与波动重点实验室

	海洋浮标的稳定性能分析与水动力学响应特性的数值模拟
	郑慧源
学位类型	硕士
导师	陈永华
	2023-06
学位授予单位	中国科学院大学
学位授予地点	中国科学院海洋研究所
学位名称	专业硕士
学位专业	资源与环境
关键词	浮标水动力学数值模拟稳定性能锚定系泊
摘要	海洋监测浮标是进行常规海洋环境监测中最为可靠且最有效率的平台监测手段之一。海洋监测浮标不仅能在一定程度上不受海上恶劣天气的影响，连续长时间获取海洋环境资料，还能根据搭载于浮标体与系泊系统上的传感器，实现多层次多参数的整体水层的综合观测。此外，还能利用卫星通讯可准实时或者实时传输数据至岸基平台以便及时处理相关资料，相比较之下会比其他监测方式有着更独树一帜的优势。为了让浮标平台能更好地发挥观测作用，在设计海洋浮标时应着重考虑分析浮标的动稳定性能分析浮标的水动力特性，验证浮标是否在较为恶劣的海况与天气条件下，也能拥有强大的稳定性能以维持浮标工作及生存，提高浮标平台的高稳定性来为提升要素观测的准确度提供必要的稳定环境。同时依据海区海况条件选择合适的锚定系泊系统，建立浮标—锚系耦合水动力的分析模型，校核在高海况下浮标--锚定系泊系统的形态与受力来确保水下系统的高可靠性。本文根据查阅得到的国内外有关浮标水动力学的研究进展与系泊设计的动力分析，同时参考借鉴船舶领域关于浮式结构体的稳定性能研究方法，使用水动力学分析软件与计算流体力学软件仿真模拟分析所在实验室研制的多款海洋监测浮标，从中研究不同浮标的共性参数对其稳定性能的影响，并进行了汇总得到以下工作内容。本文主要基于三维势流理论，利用水动力学分析软件分别模拟分析多款海洋浮标的水动力学性能，以不同外部载荷为主激励作用作为主要研究方向，分别对风载荷影响作用于型深、浪载荷影响作用于浮标体类型、流载荷影响作用于浮标体护舷三个要点展开了相关的分析。分别确定了型深对于海洋浮标稳定性能的主要影响以及制定了后续设计准则，对比了不同浮标体选形在波浪载荷作用下的水动力特征与时历运动的仿真模拟，探究了浮标体外部不同类型的护舷在其运动响应上的减摇作用，最后以 10 m 大型海洋综合监测浮标作为研究对象，仿真模拟分析其在频域内的水动力学特性。同时以风浪流载荷三者联合作用为主要外部激励，详细分析了浮标模型在极限生存条件和最大工作条件等多种海况环境下，由三点锚定系泊系统与单点锚定系泊系统，在使用相同规格缆绳约束下的浮标短期运动响应预报以及统计分析各缆绳张力的大小分布情况。最后根据模拟结果对锚定系泊缆绳的种类与直径进行优化选取，可知在更换破断力强度更大的缆绳后能够进一步降低浮标在各种环境下的运动响应，同时也能进一步减少缆绳的受力。通过本文的分析，希望能够给工程师们在设计高稳性浮标时提供给更多的设计思路与参考依据。
学科领域	海洋物理学 ; 海洋调查与监测
学科门类	理学::海洋科学
页数	112
语种	中文
文献类型	学位论文
条目标识符	http://ir.qdio.ac.cn/handle/337002/181222
专题	海洋环流与波动重点实验室
推荐引用方式 GB/T 7714	郑慧源. 海洋浮标的稳定性能分析与水动力学响应特性的数值模拟[D]. 中国科学院海洋研究所. 中国科学院大学,2023.

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海洋浮标的稳定性能分析与水动力学响应特性（17695KB）	学位论文		限制开放	CC BY-NC-SA	浏览