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FLOW-3D在自由液面流體動力、波浪生成、移動物件、船舶繫纜和焊接過程這幾個方面的能力,使其成為非常適合於海洋和海事產業中的CFD數值模擬工具。 對於沿海應用,FLOW-3D可準確預測強烈颱風和海嘯波浪湧升在沿岸的細部行為,並用於暴洪對於關鍵結構物的損害分析。功能包括:

  • 自由液面 – 波浪的流體動力與越波:規則、不規則波與波譜(Pierson Moskowitz, JONSWAP)

  • 耐海性 – 波擊,滑航,躍水與船體排水:完全耦合的船舶與水下航行器流體動力

  • 船體 - 阻力,穩定性和動力性能:波震,起伏,縱搖和橫搖運動(反應振幅運算子RAOs)

  • 晃動 – 液態天然氣/壓載艙

  • 離岸工程 – 波浪能轉換器運動

模擬移動物件

FAVORᵀᴹ 是一種獨特的卡氏固定網格方法,用來處理複雜的固體幾何造型。這種方法可以模擬移動物件動力而不需要網格的移動或變形,可以減少計算時間並維持準確度。移動物件模型讓使用者可以追蹤船舶移動不論是用顯示或隱式法。

FLOW-3D的浸入邊界法可以準確的預測流體在固定或移動物件的作用力。該模擬展示了液化天然氣船在海浪中進行的複雜、完全耦合的運動。

這個模擬顯示液態天然氣載運船遇到大浪時複雜的耦合運動

繫纜, 倒纜與繩索

FLOW-3D提供繫纜與倒纜此類特殊的物件附結到移動物件,讓工程師可以準確的追蹤船舶啟動時的運動,浮柵運動,浮標與波浪能轉換器等。在這個船舶啟動的案例中,一艘船沿著滑道滑入水中。船體受到繫纜的牽制而不至於往下游飄流。本模擬由Eastern Shipbuilding提供。

焊接

利用外加的FLOW-3D焊接模組,造船產業的焊接人員可以有效降低類似孔隙率這樣的產品缺陷,改善船體的品質並優化生產流程。

海洋離岸結構

海上浮構物的負載很大程度上取決於在隨機海況中波浪和結構之間的互動細節。FLOW-3D讓使用者能夠模擬各種波浪類型和海浪譜,包括JONSWAP、Pierson Moskowitz和自訂的波能剖面,來研究漂浮構物之間的非線性交互作用。除了能夠模擬固定樁結構外,FLOW-3D還可以用來模擬浮動構物(就像這裡的碼頭)所受到的力量。我們使用系泊線模型來穩定碼頭的運動,同時也能觀察到碼頭在水位逐漸上升的情況下的動態變化。

模擬海浪對離岸平台的衝擊

海浪在離岸平台下的平台甲板之間的空隙是一個非常重要的設計參數,它決定了在極端設計條件下所需的最小空隙。使用FLOW-3D可以很有效地預測海浪對離岸平台、張力腿平台和半潛平台的影響,包括預測空隙大小和衝擊負載。FLOW-3D讓工程師可以在數值模擬的環境中以全尺寸進行問題建模,避免了常常出現的縮尺模型測試所帶來的尺寸問題。

平底船與船舶運動

對於造船工程師而言,船舶外殼周圍的流動是一個非常重要的研究焦點。我們需要仔細檢視船殼周圍的許多流動方面,包括阻力(拖曳力)、船尾邊界層、流向渦旋和螺旋槳平面上的速度場。FLOW-3D的移動物體模型讓造船工程師能夠模擬船殼在排水、半滑行或滑行狀態下的行為,以及船殼加速到平面時的過程。FLOW-3D在模擬自由水面方面的優勢能夠幫助工程師準確預測船殼所受到的壓力場,即使在大振幅波浪或高速狀態下,也能評估撞擊力。

在這一系列的模擬中,對平底船的水動力反應進行了分析,並呈現了三個獨特的狀態。第一個模擬展示了「起飛到平面」階段,此階段中遊艇加速直至水動力作用足以有效地將遊艇舉起於水面之上。第二個模擬展示了遊艇以40節的速度在平靜的水面上巡航,第三個模擬展示了遊艇在高速下與入射波浪場的反應。

濺擊與撞擊

內部濺擊運動引起的加速度和負載對於液化天然氣船等全球海運船舶的安全設計是一個重要因素。船舶可能因為這種波浪濺擊動力學而產生顯著的內部力,貨槽可能在其容器系統和支撐結構上承受額外的負載。FLOW-3D的非慣性參考框架模型允許指定複雜的運動參數,以準確跟蹤容器中的流體運動。FLOW-3D能夠準確預測燃料槽中液體貨物和推進劑的運動。濺擊分析以及「綠水」(由於波浪噴灑或船體上部覆蓋而形成的甲板上的水)是FLOW-3D常見的應用領域,FLOW-3D對於這些問題的TruVOF方法為海洋工程行業的工程師提供了獨特的能

這個模擬展示了LNG油輪在波浪中的複雜、完全耦合的運動,這是由FLOW-3D捕捉到的。貨槽中的流體濺擊會影響船舶的動態特性,船舶上設有船腹舵和球型艏,以幫助其在遭遇波浪時保持穩定。同時可以注意到,貨槽中的流體濺擊與船舶運動之間存在相位差,這是預期的。FLOW-3D中的移動物體模型、密度評估模型和波浪生成邊界條件可以幫助海洋工程師分析類似的問題。

實際案例
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