海上压裂船在波浪中的水动力响应数值模拟研究

摘要

基于三维势流理论分析中国海上首台压裂船的水动力性能，研究其在不同浪向角、波浪谱峰周期和波高下船舶的运动响应规律。借助AQWA软件对系泊压裂船的频域响应进行分析计算，计算出船舶的运动幅值响应算子、附加质量与辐射阻尼，将数值分析结果与课题组所开展的耐波性实验数据开展比对验证，评估模型的有效性与准确性。然后依据频域分析的结果对压裂船的时域系泊问题进行分析，得到在不同波浪参数下的压裂船时域的系泊响应。研究表明，波浪周期对船舶横荡附加质量的影响小，纵荡方向附加质量呈现先减小后增大再减小的趋势，垂荡附加质量则与其相反。纵摇和艏摇方向的附加质量随波浪谱峰周期的增大呈现出先减小后增大再减小的变化趋势，而对于横摇方向，附加质量变化不大。此外，压裂船在不同波浪谱峰周期作用下，各自由度辐射阻尼均表现出先增强后减弱的特性。船体横摇角有义值在浪向角从0◦增至180◦过程中，呈现先增大后减小的趋势，最大值位于90◦方位；纵摇角的变化趋势则呈先减后增加，180◦时纵摇角有义值最大。随着波浪谱峰周期的增加，横摇和垂荡有义值呈现出增加的趋势，而纵摇角有义值呈先上升后下降的趋势。波高的增加使得船舶的横摇、纵摇及垂荡方向的有义值都上升。研究成果可为大型船舶在波浪条件下的运动响应分析的方法和技术应用提供一定的理论依据和基础。

关键词

势流理论 / 水动力 / 辐射阻尼 / 附加质量 / 频域 / 时域

基金资助

国家自然科学基金（52105125）; 中央引导地方科技发展资金（236Z4103G）; 河北省高等高校科学研究项目（JCZX2025001）; 中国博士后自然科学基金（2024M750718）; 河北省燕赵黄金台聚才计划骨干人才项目（博士后平台）（B2024005002）; 四川省重点研发计划（2025YFHZ0285）; 上海交通大学海洋工程全国重点实验室开放基金（2458）