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大型海洋结构拖航阻力分析与应急风险评估

作　者: 杨西阳
导　师: 唐友刚
学　校: 天津大学
专　业: 船舶与海洋工程
关键词: 拖航大型海洋结构阻力分析拖轮失效运动计算
分类号: U675.9
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
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内容摘要

海上拖航作为航运活动和海洋工程中一种常用的船舶操纵行为，是一种特殊的海上运输方式，大型海洋结构物往往具有建造投资高，运输风险大等特点，成功实施海上拖带对大型海洋结构的建造及安装具有重要意义。本文分析比较了现有不同拖航阻力估算方法的组成和适用范围，提出了适合工程实际的结构物拖航阻力估算形式。尝试利用CFD理论分析Truss Spar平台垂荡板湿拖阻力特性，在经典平板阻力公式的基础上，总结出适合此种大尺度大雷诺数情况下的平板大攻角的湿拖阻力系数值。利用Visual Basic. NET (VB.NET)语言编制海洋结构物拖航阻力估算和应急分析系统，该系统可计算各种大型海洋结构物的湿拖阻力，并据此建立包括拖轮、拖缆等在内的拖航系统，应急分析模块可预报拖轮和被拖结构在前者意外失去动力后两结构间距离随时间的变化情况以及最终碰撞发生的时间，以便在可能的时间内采取措施尽量减少拖航过程中意外事故带来的损失。研究结果表明，Truss Spar平台垂荡板湿拖阻力系数较传统小雷诺数下平板大攻角绕流的阻力系数值偏大约20%；当主拖轮意外失效停车后，其有可能较短时间内在拖缆拖带张力的作用下停止运动并获得负向速度，被拖结构与拖轮的碰撞很有可能在数分钟内发生，及时切断拖轮与拖缆的连接，摆脱拖缆剩余张力的作用是避免碰撞发生的有效途径。本文编制的阻力与拖航分析软件界面友好、设计合理，是海上拖航领域的一次探索和尝试，为海上拖航的风险分析提供了新的方法和思路。

全文目录

中文摘要  3-4
ABSTRACT  4-8
第一章绪论  8-14
  1.1 课题研究的背景和意义  8-9
  1.2 拖航风险的种类  9-10
  1.3 保证拖航安全的方法  10-11
  1.4 国内外研究综述  11-12
  1.5 本文的研究工作  12-14
第二章海洋结构物拖航基本方法  14-24
  2.1 拖航的定义  14
  2.2 拖航系统的组成  14-18
    2.2.1 拖轮  14-15
    2.2.2 被拖结构  15-16
    2.2.3 拖带缆  16-17
    2.2.4 拖带属具  17
    2.2.5 拖船的运用方式与带缆  17-18
  2.3 拖航的作用和种类  18-20
    2.3.1 拖航的目的和作用  18-19
    2.3.2 拖航的种类  19-20
  2.4 船舶主机故障分析与排除  20-21
  2.5 海上拖航过程及基本分析方法  21-24
    2.5.1 海上拖航过程  21-22
    2.5.2 海上拖航基本分析方法  22-24
第三章拖航运动分析与阻力估算方法  24-38
  3.1 船舶运动坐标分析  24-26
  3.2 线性操纵方程与响应模型  26
  3.3 船舶运动阻力理论  26-27
  3.4 拖航阻力的成因及分类  27-29
    3.4.1 拖航阻力成因  27-28
    3.4.2 拖航阻力估算分类方法  28-29
  3.5 船舶拖航阻力估算方法比较  29-38
    3.5.1 船舶拖航阻力估算理论  29-30
    3.5.2 船舶及拖带阻力估算方法  30
    3.5.3 船级社规范估算方法  30-32
    3.5.4 派帕米尔（Папмелъ）法  32
    3.5.5 针对海上钻井装置的拖航阻力估算方法  32-34
    3.5.6 沈浦根拖航阻力估算方法  34-36
    3.5.7 拖缆阻力估算  36-38
第四章基于 Fluent 的 Truss Spar 湿拖阻力特性研究  38-56
  4.1 引言  38
  4.2 计算流体动力学及 Fluent 介绍  38-41
    4.2.1 计算流体动力学  38-39
    4.2.2 Fluent 简述  39-41
  4.3 数值计算理论  41-43
    4.3.1 拉格朗日方法和欧拉方法  41-42
    4.3.2 流体运动基本方程  42-43
  4.4 Truss Spar 拖航阻力分析  43-56
    4.4.1 垂荡板拖航阻力分析  44-51
    4.4.2 Truss Spar 阻力估算对垂荡板阻力特性的验证  51-56
      4.4.2.1 用理论计算 Truss Spar 阻力  51-52
      4.4.2.2 Fluent 计算 Truss Spar 阻力  52-54
      4.4.2.3 结果对比及分析  54-56
第五章应急评估软件设计方法与开发流程  56-68
  5.1 引言  56
  5.2 VB.NET 语言简介  56-58
    5.2.1 BASIC 语言  56-57
    5.2.2 VB.NET 语言  57-58
  5.3 面向对象程序设计  58-59
  5.4 VB.NET 的编程机制  59-60
  5.5 软件功能及模块组成  60-61
    5.5.1 软件的定义和分类  60
    5.5.2 软件的功能和模块组成  60-61
  5.6 软件的设计方法及相关技术问题  61-65
    5.6.1 软件算法  61-62
    5.6.2 软件的相关技术问题  62-65
      5.6.2.1 两船运动分析问题  62-64
      5.6.2.2 拖缆张力分析问题  64-65
  5.7 软件的界面设计  65-68
第六章算例  68-78
  6.1 算例参数  68
  6.2 被拖结构拖航阻力估算  68-70
  6.3 拖轮初选  70-73
  6.4 拖缆长度确定及总阻力计算  73-74
  6.5 两船运动阶段参数分析  74-75
  6.6 结果输出  75-78
第七章结论  78-80
参考文献  80-85
发表论文和科研情况说明  85-86
致谢  86-87

大型海洋结构拖航阻力分析与应急风险评估

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