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第一章绪论

1。1概述

十八大报告提出，提高海洋资源开发能力，发展海洋经济，保护海洋生态环境，坚决维护国家海洋权益，建设海洋强国。十八大代表、国家海洋局局长刘赐贵解读报告首提“海洋强国”的意义，阐述国家海洋局在“建设海洋强国”战略上的具体部署。中国正在大力发展海洋，船舶作为海上运输工具扮演了至关重要的角色。但是在船舶航行期间，由于恶劣天气、不良海况、操纵失当等多方面影响会发生船舶的碰撞、触礁、搁浅等海上事故。由于此类事故的发生可能会导致船舶破舱进水，为保证船舱进水后不致沉没,船舶应具有一定的剩余浮力。其大小不仅与船舶设计有关外,还与载货状况、船舱破损位置等因素有关。依据流体力学基本原理,本文建立了船舶舷侧破舱瞬时进水速度及进水量的数学模型,并通过PLIC-VOF数值模拟方法，分析了在破舱进水时破舱舷侧位置参数的影响因素及其影响规律,为解决船舶破舱进水时如何做出正确有效的施救提供理论上的帮助，以及预防舷侧破舱进水状况的发生，提高船舶安全。

本次的研究主要运用到的软件是PLIC-VOF。它的主要功能及特点是自由面重构技术,追踪波浪的运动,能够很好地模拟波浪传播和变形。[1]流体界面运动的定量描述取决于其边界上的物理性质及过程演变，是一个较为复杂的过程，在已有的界面模拟方法中流体体积分数法（VOF）使用的最为广泛，其主要思想为通过每个离散化网格内流体的体积分数的值来判断网格的充填属性，从而确定自由表面的位置；并根据流体平移运输原则计算网格内体积分数的变化量，从而得到下一时刻的体积分数，模拟出界面的推移运动。在诸多的算法中，Hirt界面构造论文网

+施主受主流体运输的VOF算法，在三维的数值模拟中使用最广，而Youngs界面构造配合算子不分裂流体运输的VOF算法在二维条件下被证明具有更高的精度，但却难于扩展至三维空间。

1。2国内外研究的现状及存在的问题

1。2。1研究现状

近些年，随着系列海损事故的发生，尤其是1987年“自由事业先驱者”号和1994年“爱沙尼亚”号由于破损而发生的倾覆事故，国内外科研人员越来越注意对船体发生破损事故的研究，如英国的Strathclyde大学、日本的大阪大学、希腊的雅典国家理工大学、荷兰的MARIN水池、荷兰的Delft理工大学、意大利的Trieste大学等均开展了相关研究。[2]

由于随机海况中破损船舶的动力性能和递增进水是不断变化的。因此，重现船舶与进水整体高非线性动力系统的有效方法就是在时域中求解。目前国际上多采用混合方法，即先在频域中用切片法计算水动力系数，建立数据库，并在每一时间步进行插值，而后在时域中用卷积积分求解。为了深入了解破损船舶的生存力，需研究3个方面的问题，即破损船舶动力学模型、舱内进水与船体的相互作用以及破损口处的进流与出流模拟

英国的Strathclyde大学于1994年就建立了是三自由度（横荡／垂荡／横摇）船舶运动模型。在开始理论分析前，预先设置初始状态。假设初始时刻发生破损进水的船舶静置（零航速）在横浪中，破损口的形状、横向与纵向尺寸以及破损位置都是任意的，破损船在波浪入射后开始运动。该模型模拟了破损船舶不同的载重状态，采用的海况是逐渐增至使船舶发生倾覆的极限海况，并在此基础上考虑了生存限界的定义。就本质而言，这是1个三自由度的非线性耐波性模型，表达形式为：

1-4）中，（x）为剖面横荡附加质量；（x）为剖面垂荡附加