水动力系数

基于水动力-结构模型的波浪载荷计算方法任慧龙;孙葳;李辉;童晓旺【摘要】In order to recalculate the hydrodynamic pressure on the structural meshes robustly and accurately, a new calculating method of wave loads consistent with structural analysis has been presented. In accordance with the line-ar potential flow theory and the three-dimensional calculating method of wave loads in frequency domain, the boundary integral equation based on the hydro-structural model was established to solve the velocity potential on the structural nodes. This model can calculate the hydrodynamic pressure on structural meshes directly. Then the wave pressure calculating and automatic loading program were developed, which are applicable to the universal finite ele-ment method (FEM) solver MSC.NASTRAN. Finally, the hydrodynamic calculation and structural analysis of a re-plenishment ship were completed. The results indicate that the method proposed in this papercan obviously improve the equilibrium of the structural model, and can obtain more reasonable and reliable results for structural respon-ses, having significant application value for the engineering field.%为了更精确地计算分布于结构网格上的水动压力，提出了一种与结构分析协调的波浪载荷计算方法。

有压管流的水力半径就是圆管的半径
水力半径（Hydraulic Radius）是指水流在压力管道中单位截面净积水的面积与全管道断面积的比值，其值决定流体上的流动阻力。

一、水力半径的定义
①定义：水力半径是指水流在压力管道中单位截面净积水的面积与全管道断面积的比值。

②单位：水力半径的单位通常为米（m）。

二、水力半径的重要性
①水力半径是衡量水动力系数的重要参数，对流体来说，受水力半径影响的流动阻力是根据多尺度结构堵塞强度所决定的；
②水力半径是衡量压管流水动力体积流量的重要参数，它是由流体运动时压降特征确定的。

三、水力半径的计算
①水力半径可以用以下公式表示：
水力半径 = 单位断面积净积水 / 全管道断面积
②圆管的水力半径是水管的半径，水动力系数的值就等于这个半径；
③水力半径越大，全管道断面积越小，流体的流动阻力就越小。

四、水力半径的作用
①水力半径的增大能够带来水动力系数的减小，有利于减小水流阻力；
②减小水力半径对压降是有影响的，能够减少压降。

③调节水力半径，能够改变流体的流动特性，降低表面粗糙度，使之
降低流体的摩阻力，提高水力效率。

④改变水力半径，也可以改变流速，有助于液体的流动和搅拌，使液
体变得更加稳定。

精品文档OrcaFlex软件操作指南按照客户要求，本报告以钢悬链立管（SCR）为例，从SCR总体强度分析、运动疲劳分析和安装分析三个方面给出了OrcaFlex软件的主要操作指南，现分别叙述如下。

1总体强度分析在OrcaFlex主界面里，由上到下依次是菜单栏、工具栏和模型显示窗口。

按住Ctrl+鼠标左键可以进行模型的旋转，按住Ctrl+鼠标中键可以进行模型放大和缩小，按住Ctrl+T可以正视整个模型，按住Ctrl+P可以俯视整个模型。

1.1模型树的调用双击打开OrcaFlex软件，点击工具栏中的模型浏览器按钮（Model Browser），显示模型树。

精品文档．精品文档环境参数设置1.2按钮打开环境参数设置界面。

双击EnvironmentSea1.2.1雷诺数计算方海水温度，由上到下可依次设置海平面位置，运动粘性系数其中海平面位置数值是相对于总体坐标系而言；温度为摄氏温度，它的大小直接影响到运动粘性系数。

而雷诺数的计算方法，主要取决于流速和结构特征长度的计算。

软件中三种方法雷诺数最终的计算公式分别为Re = |Vr|D/ν，Re crossnom= |Vr|Dcos(α)/ν，Re = |Vr|D/νcos(α)，其中Vr径向速度。

OrcaFlex calculates flow Reynolds number in order to calculate drag and lift coefficients1.2.2Sea Density设置海水密度，可以是变化的，也可以是恒定不变的。

如该海域的海水密度为1025Kg/m3，具体如下图所示。

精品文档．精品文档1.2.3Sea Bed设置海底形状，海水的深度、斜度以及海底土壤的刚度系数，其中海底斜度和海底方向都是相对于总体坐标系而言，具体参数应在立管总体设计参数中给出。

具1.2.4Waves设置波浪的参数，主要包括波浪方向、波高、周期、起始时间，波浪类型等，其中波浪方向是相对于总体坐标系而言，波浪类型的选取取决于分析类型和实际海况，波高和周期根据海况资料给出，具体参数设置如下面表格和图所示。

试题六1. 直航船操一定舵角后，其过渡阶段的：A. 横移速度为常量，横移加速度为常量B. 横移速度为常量，横移加速度为变量C. 横移速度为变量，横移加速度为变量D. 横移速度为变量，横移加速度为常量2. 船舶旋回过程中，转心位置：A. 在转舵阶段和过渡阶段不变，在定常旋回阶段不变B. 在转舵阶段和过渡阶段变化，在定常旋回阶段变化C. 在转舵阶段和过渡阶段变化，在定常旋回阶段不变D. 在转舵阶段和过渡阶段不变，在定常旋回阶段变化3. 船舶旋回运动中，漂角越大：A. 速降系数越小，速度下降越小，转心前移B. 速降系数越小，速度下降越大，转心前移C. 速降系数越大，速度下降越大，转心前移D. 速降系数越小，速度下降越大，转心后移4. 航向稳定性好的船舶在:A. 改向时应舵较快，旋回中操正舵能较快地恢复直线运动B. 改向时应舵较快，旋回中操正舵能较慢地恢复直线运动C. 改向时应舵较慢，旋回中操正舵能较快地恢复直线运动D. 改向时应舵较慢，旋回中操正舵能较慢地恢复直线运动5. 船舶航向稳定性与船体水下侧面积形状分布和纵倾情况有关:A. 船尾钝材、尾倾越大，航向稳定性越好B. 船首钝材、尾倾越大，航向稳定性越好C. 船首钝材、首倾越大，航向稳定性越好D. 船尾钝材、首倾越大，航向稳定性越好6. 船舶在大风浪中航行，甲板上浪：A.将会影响船舶稳定性，需适当加速航行B.将不会影响船舶稳定性，需适当加速航行C.将会影响船舶稳定性，需适当减速航行D. 将不会影响船舶稳定性，需适当减速航行7. 船舶由静止状态进车，达到相应稳定航速的时间:A. 与船舶排水量成正比，与达到相应稳定航速时的螺旋浆推力成正比B. 与船舶排水量成反比，与达到相应稳定航速时的螺旋浆推力成正比C. 与船舶排水量成正比，与达到相应稳定航速时的螺旋浆推力成反比D. 与船舶排水量成反比，与达到相应稳定航速时的螺旋浆推力成反比8. 匀速前进中的船舶主机停车后，其速度随时间变化的情况为：A. 呈线性变化，逐渐降速为零B. 呈线性变化，逐渐降速为定常值C. 呈非线性变化，开始降速较快，而后下降率变低，逐渐降速为零D. 呈非线性变化，开始降速较慢，而后下降率加快，逐渐降速为零9. 船舶旋回性指数K的物理意义是:A. 操舵后，单位舵角作用下产生的最大定常旋回角速度的大小B. 操舵后，单位舵角作用下产生的最大旋回角速度的大小C. 操舵后，单位舵角作用下产生的最小旋回角速度的大小D. 操舵后，单位舵角作用下产生的0.63倍最终旋回角速度的大小10. 同一艘货船，在航速和舵角不变的条件下，其操纵性指数随吃水增加的变化情况为：A. K′减小，T′增大B. K′增大，T′增大C. K′减小，T′减小D. K′增大，T′减小11. 船舶改向时的新航向距离:A. 与舵角到位所需时间和舵角有关，与船速成正比B. 与舵角到位所需时间和舵角有关，与船速成反比C. 与舵角到位所需时间和舵角无关，与船速成反比D. 与舵角到位所需时间和舵角无关，与船速成正比12. 船舶在旋回中降速：A. 主要是大舵角的舵阻力造成的，可降速1/2B. 主要是斜航中船体阻力激增所致，可降速1/4～1/2C. 主要是推进器效率降低所致，可降速1/5D. 即使使用满舵也只降低10%左右13. 直航低速前进中的船舶，当存在横倾时:A. 在首波峰压力转矩的作用下，船首易向低舷一侧偏转B. 在阻力和推力转矩的作用下，船首易向低舷一侧偏转C. 在阻力和推力转矩的作用下，船首易向高舷一侧偏转D. 在首波峰压力转矩的作用下，船首易向高舷一侧偏转14. 为了留有一定的储备，主机的海上转数通常定为额定转数的:A. 89～92％B. 92～93％C. 94～95％D. 96～97％15. 单车船静止中倒车，螺旋桨产生的横向力的大小排列顺序为:A. 伴流横向力＞沉深横向力＞排出流横向力B. 沉深横向力＞伴流横向力＞排出流横向力C. 排出流横向力＞沉深横向力＞伴流横向力D. 伴流横向力＞排出流横向力＞沉深横向力16. 舵速是指:A. 舵相对于水的相对运动速度在舵翼前后方向上的分量B. 舵相对于水的相对运动速度在舵翼垂直方向上的分量C. 舵相对于水的相对运动速度在船舶首尾方向上的分量D. 舵相对于水的相对运动速度在船舶横向方向上的分量17. 航行中的船舶，提高舵力转船力矩的措施包括：A. 增大舵角、提高舵速和增大舵面积B. 增大舵角和增大舵面积C. 提高舵速和增大舵面积D. 增大舵角和提高舵速18. 舵效与舵角有关，一般舵角为______时，舵效最好。

二维物体水动力系数二阶量的数值解法
钟南
【期刊名称】《华南理工大学学报：自然科学版》
【年(卷),期】1994(022)A12
【总页数】5页(P188-192)
【作者】钟南
【作者单位】无
【正文语种】中文
【中图分类】U661.311
【相关文献】
1.基于多重透射改进的二维半理论及水动力系数预报 [J], 李亚军;李云波
2.强迫摇荡运动二维矩形月池水动力系数的CFD计算 [J], 杨柳;陈方磊
3.求解二维水动力系数的一种直接边界元法 [J], 张少雄
4.有限水深二维绕射问题的二阶速度势和水动力 [J], 段文洋;贺五洲
5.直立摇板简谐摇荡造二维波时所受水动力矩的频域二阶解和时域线性解 [J], 贺五洲
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2 浮体水动力分析的基本理论2.1 势流理论流场中速度场是标量函数（即速度势）梯度的流称为势流（Potential Flow ）。

特点是无旋、无黏、不可压缩。

简谐传播的波浪中具有浮动刚体的流场速度势可以分为三个部分：∅(x,y,z,t )=∅r +∅ω+∅d 1 （2-1）∅r 为浮体运动产生的辐射势；波浪未经浮体扰动的入射势表示为∅ω；∅d 为波浪绕射势，是波浪穿过浮体后产生的。

需要满足的边界条件有：① 普拉斯方程（Laplace Equation ）：ð2∅ðx 2+ð2∅ðy 2+ð2∅ðz 2=0 （2-2）② 底边界条件：ð∅ðz=0，z =−ℎ （2-3）③ 由表面条件：ð2∅ðt 2+g ð∅ðz =0，z =0 （2-4）④ 没物体表面条件：ð∅ðn=∑v j f j (x,y,z)6j=1 （2-5） ⑤辐射条件：辐射波无穷远处速度势趋近于0lim R→∞∅=0 （2-6）2.1.1 波浪力的组成浮体浸入水中受到的力和力矩分别为：⎰⎰-=Sn p dS )*(F （2-7）dS n r p S⎰⎰-=)*(*M （2-8）S 表示浮体湿表面，n ⃗ 的方向是由浮体内指向流场。

用线性化的伯努利方程以速度势表达压力：gz tdt t r gz t p ρδδφδδφωδδφρρδδφρ-++-=--=)( （2-9） 则s d r F F F F +++=ωF （2-10） s d r M M M M +++=ωM （2-11）辐射载荷表达为r F 、r M ，是由浮体强迫振动产生的；浮体固定时，入射波浪产生的载荷表示为ωF 、ωM ；浮体固定时，产生的绕射波载荷表示为d F 、d M ；静水力载荷表示为s F 、s M 。

2.1.2 附加质量与辐射阻尼当浮体发生强迫振动时，其在j 方向和k 方向产生的耦合水动力包含附加质量和辐射阻尼两个部分：⎭⎬⎫⎩⎨⎧∂∂-=⎭⎬⎫⎩⎨⎧∂∂-=⎰⎰⎰⎰S kj S k j kjdS n dS n M φφρωφφρIm N ，Re kj （2-12）⎭⎬⎫⎩⎨⎧∂∂-=⎭⎬⎫⎩⎨⎧∂∂-=⎰⎰⎰⎰S jk Sj kdS n dS n M φφρωφφρIm N ，Re kj jk （2-13） 如图2.1所示为波激力、附连质量力、阻尼力和回复力的叠加。

广东造船2021年第6期（总第181期）20作者简介：秦 成（1973-），男，高级工程师。

主要从事海洋工程方面的工作。

怀利敏（1969-），女，研究员。

主要从事舰船补给技术与装备研究工作。

收稿日期：2021-06-12某半潜船的水动力性能仿真分析秦 成1，怀利敏1，史淑玲2（1. 北京7220信箱，北京 100071；2. 北京北方车辆集团有限公司，北京 100072）摘 要：随着海洋装备技术的发展，海上大型结构物的海上作业和运输任务越来越多。

在此背景下，大型结构件、大型平台模块以及一些大型舰船的运输需求越来越多，大量的半潜船应运而生。

在半潜船研发中，其水动力性能的研究至关重要。

本文采用水动力计算软件AQWA进行某半潜船水动力性能仿真分析，计算结果表明：在常见波浪周期内，水动力系数波动较大并出现波峰/波谷；顶浪状态下运输船的运动响应数值相对偏小；横浪作用时半潜船的系泊张力最大。

关键词：AQWA；半潜船；水动力性能中图分类号：U662.2 文献标识码：ASimulated Analysis of Hydrodynamic Performance ofSemi-submersible VesselQIN Cheng1, HUAI Limin1, SHI Shuling2( 1. Beijing P. O. Box 7220，Beijing 100071；2. North Vehicle Group Corporation，Beijing 100072 ) Abstract: With the development of marine equipment technology, there are more and more marine operations and transportation tasks for large structures at sea. Under this background, the transportation demand of large structural parts, large platform modules and some large ships is increasing, a large number of semi-submersible ships emerge at the historic moment. In the research and development of semi-submersible ships, the study of their hydrodynamic performance is very important. The hydrodynamic performance of a semi-submersible vessel is simulated and analyzed by using the hydrodynamic calculation software AQWA, considering the effect of wave loads and wind and flow loads. The results show that in the common wave period, the hydrodynamic coefficient fluctuates greatly and there are peaks/troughs; in the state of top wave, the motion response of the vessel is relatively small; in the state of transverse wave, the mooring cable tension of the vessel is the maximum.Key words: AQWA; Semi-submersible vessel; Hydrodynamic performance1 概述1.1 半潜船的基本概念近年来，随着海洋装备技术的发展，人类针对海洋资源的开发逐步走向深蓝，海上大型结构物的海上作业和运输任务越来越多。

养殖无人船近岸航行的水动力数值计算◎ 邹远停 曾绰璇 广东海洋大学船舶与海运学院摘 要：养殖无人船近岸航行受岸壁效应影响，本文以养殖无人船为研究对象，探究船岸距离、岸壁形式等因素对无人船航行影响。

基于STAR-CCM+软件，应用VOF界面捕捉技术搭配k-ω湍流模型，对养殖无人船的近岸壁航行情况进行模拟。

结果表明，船舶航速减小，船岸距离越近，岸壁效应的影响越大。

模拟结果显示，岸壁倾斜角度为65°的岸壁条件对船舶的岸壁效应的影响最显著。

关键词：养殖无人船；岸壁效应；岸壁形式；数值计算1.前言船舶在狭窄区域航行时受到船舶本身与水流、岸壁的相互作用，使船舶受到横向力和转首力矩的现象称为岸壁效应，对船舶的航行状态产生不利的影响，研究养殖无人船在近岸、倾斜河岸等复杂航行环境下的水动力性能，探究无人船对于无人养殖船设计提供指导，具有重要的现实意义。

随着计算流体力学的高速发展，国内外许多学者都对船舶近岸航行的水动力性能展开研究，张科等[1]应用FLUENT软件对KCS船沿倾斜河岸直线航行的水动力数值计算。

姚建喜等[2]应用一阶Rankine源面元法预报系列60船型近岸航行受到的横向力和转首力矩，并分析了船岸距离、岸壁倾斜角等参数的影响。

张淋等[3]建立船舶操纵运动数学模型预报了Mariner 船在浅狭航道中航行的操纵运动，通过对船舶在直航状态下浅水及岸壁效应对船舶运动轨迹和航向的预报，根据结果得出浅水及岸壁效应对船舶在狭窄航道中的操纵性能的影响特性。

刘明等[4]通过船模试验和STAR-CCM+软件数值模拟相结合的分析方法对船舶在岸壁效应主要影响因素下进行水动力性能研究，得出与内河狭窄航道船舶航行安全距离相关的水动力计算公式，通过该公式可以反向分析航行安全距离的影响机理。

王化明[5]应用FLUENT软件对几种船型在浅峡航道中斜航、回转以及近岸航行时的黏性流场进行数值模拟，计算了相关的水动力。

郭焱[6]等应用全六面体网格进行离散，计算了KVLCC2船体在浅狭区域的直航和斜航运动的黏性流场。

20度水的动力粘度【实用版】目录1.动力粘度的定义2.20 度水的动力粘度3.动力粘度对水流动的影响4.20 度水动力粘度的应用正文一、动力粘度的定义动力粘度，又称动力粘度系数，是流体力学中反映流体抵抗剪切变形能力的物理量，单位为帕·s（Pa·s）或毫帕·s（mPa·s）。

动力粘度是衡量流体粘性大小的重要指标，对于研究流体的流动性、传热性以及流体动力学过程等方面具有重要意义。

二、20 度水的动力粘度在环境温度下，即 20 摄氏度时，水的动力粘度约为 1.14×10^-6 Pa·s，这是一个非常重要的参考数据，因为在许多实际应用中，流体的动力粘度都以水的动力粘度为基准进行比较。

比如，我们常说的润滑油的动力粘度，就是指其动力粘度与 20 度水的动力粘度的比值。

三、动力粘度对水流动的影响动力粘度对水流动的影响主要体现在以下几个方面：1.阻力：动力粘度越大，流体在流动过程中产生的阻力越大，流动速度越慢。

2.内摩擦：动力粘度越大，流体内部分子间的内摩擦越大，导致流体在流动过程中能量损失越大。

3.传热：动力粘度越大，流体传热能力越差，因为流体分子间的内摩擦会消耗部分热量。

四、20 度水动力粘度的应用20 度水动力粘度的应用非常广泛，包括但不限于以下几个方面：1.作为基准：在研究其他流体的动力粘度时，通常以 20 度水的动力粘度为基准进行比较。

2.流体选型：在设计流体传动系统时，需要根据工作温度选择具有合适动力粘度的流体，以保证系统的正常运行。

3.流体性能评价：通过测量和计算流体的动力粘度，可以评价流体的流动性、传热性等性能。

贮水系数：面积为1单位面积，厚度为含水层全厚度M 的含水层柱体中，当水头改变一个单位时弹性释放或贮存的水量。

用μ*表示。

渗透系数：水力坡度等于1时的渗透速度。

导水系数：水力坡度等于1时，通过整个含水层厚度上的单宽流量。

用T 表示。

各向同性：渗流场中某一点在各个渗透方向上具有相同的渗透系数，则介质是各向同性的。

孔隙度：指孔隙体积和多孔介质总体积之比。

贮水率：面积为1单位面积，厚度为1单位的含水层，当水头降低1单位时所能释出的水量。

用μs 表示。

给水度：表示单位面积的含水层，当潜水面下降一个单位长度时在重力作用下所能释放出的水量。

流网：在渗流场内，取一组流线和一组等势线组成的网格。

完整井：水井贯穿整个含水层，在全部含水层厚度上都安装有过滤器，并能全面进水的井。

不完整井：水井没有贯穿整个含水层，只有井底和含水层的部分厚度上能进水的井。

井损：水流流经过滤器的水头损失和在井内部水向上运动至水泵吸水口时的水头损失统称为井损。

稳定流：地下水运动要素不随时间变化。

水跃（渗出面）：当潜水流入井中时存在渗出面，又称水跃，即井壁水位高于井中水位。

潜水井流与承压井流的区别：(1) 潜水井流特征：①流线与等水头线都是弯曲的曲线，井壁不是等水头面，抽水井附近存在三维流，井壁内外存在水头差值；②降落漏斗位于含水层内部，水位降落漏斗的曲面就是含水层的上部界面，导水系数T 随时间t 和径向距离r 变化；③潜水含水层水位下降伴有弹性释水和重力疏干，为缓慢排水过程，抽水量主要来源于含水层疏干，称为潜水含水层的迟后效应。

(2) 承压水井流特征：①流线与等水头线在剖面上的形状不相同，等水头线近似直线，等水头面即为铅垂面，降深不太大时承压井流为二维流；②降落漏斗在含水层外部，成虚拟状态变化，但导水系数不随时间t 变化；③承压井流的抽水量来自承压含水层水头降落漏斗范围内由于减压作用造成的弹性释放，是瞬时完成的。

利用稳定流公式求参数时，为什么要至少要设一个观测井？利用观测井的降深资料按thiem 计算参数，既可以避开难以求准的R 值，又可减少抽水井存在井损的影响，求得的参数比较可靠。