由于实船试验成本较高并且实验过程中油品泄漏会对生态环境会产生很大风险,所以通常情况下不会采取实船来进行实验,研究破舱漏油的特性。如果要进行模型试验,目前也是通过模拟海洋环境的方法,通过物理模型试验来进行研究。而随着计算机仿真技术的不断发展和CFD(计算流体动力学)应用广度和深度的逐渐扩大,数值模拟的方法也日趋成熟。将模型试验和数值模拟相结合才能将泄漏预报的理论研究不断深入,作为实船验证的有效基础。

Samuelide等利用流体静力学原理,建立了四种物理模型来估算油船破舱的泄漏特征。所采用的估算方法是基于能量守恒原理进行的,通过监测船舶碰撞所产生的能量来进行船舱破损程度和溢油总量的估计[2]。

许颖通过Fluent软件中的VOF法,运用k-ε湍流模型数值模拟单壳油船静水中的溢油过程。为了模拟真实的海况,又在模型中加入了正弦波作用来表达波浪下的油品泄漏过程。并且定量分析了破孔形式等因素和漏油特征的关系,开展模型试验以验证模拟计算结果[3]。

PeterA.Chang与Cheng-WenLin开展了280000吨油船的1/30比例模型和40000吨级双壳油船的全尺度实验研究,然后应用CFD计算程序建立静止的油船货舱的二维模型,实验验证了数值模拟计算结果的可靠性。对后续开展双壳油船油水动力特性的研究具有重要的指导作用[4]。

Se-MinJeong等基于PNU-MPS方法(改良的运动粒子模拟方法)对二维液舱进行了数值模拟,分别研究了底舱和边舱的漏油现象[5]。

MohammadTaghiTavakoli等以伯努利方程为基础提出了有限体积法(VOF)来研究静水中油船破舱泄漏的情况,开发了一种用来分析溢油的油、水流动的理论模型。用于研究不同油舱结构的油品泄漏效应[6]。

吴文锋基于ANSYS/LS-DYNA软件建立船舶的碰撞模型,应用解析计算及时域仿真,研究了船舶在不同条件下的碰撞性能,并提出了船舶航行的安全临界速度。在此基础上,利用Fluent软件模拟当双舷侧的液货船舶发生破损后的泄漏行为,并将数值结果与实验结果进行对比验证[7]。

赵卫斌利用Gambit软件建立了破损渔船的三维数值模型,并根据流体力学相似准则制作了实验模型。研究结果表明:破舱开孔处内外油面和水面形成压力差是使得油品溢出的主要原因。并通过数据比较,得出破孔尺寸对油品溢出的速度和泄漏停止所需的时间影响很大,但对最终溢出液油舱的油量影响甚微[8]。

卢金树,刘枫琛基于VOF法研究了双壳油船底部破孔的石油泄漏,并将计算结果与实验结果进行了对比,验证了双壳破舱三维数值模型的可靠性[9]。在二维线性数值波浪水槽的建立方面,随着不断深入的理论研究和计算机技术的日趋成熟,通过数值计算来推演波浪的传播,从而分析结构物在波浪中的运动情况和受力情况已经具有相当的实际应用意义。甚至逐渐催生了一门先进的数值模拟技术

——“数值波浪水池技术”[10]。而有限体积法(VOF)的方法则是进行粘性数值造波过程中,国内外学者较多采用的自由界面追踪方法。

Ursell以线性波理论为依据,采用一阶造波的方法进行数值模拟,将模拟结果和模型试验数据比较,论证了平推板式造波板造波法的可靠性[11]。

Schaffer等在Stokes波理论的框架内推导出了完整的不规则非线性波的造波方程,该二阶数学模型通过和实验室中采用平推板式生成线性、非线性波浪得到的数据进行比较,得到了验证[12]。

VanGent等基于长波理论,利用非线性浅水方程(SWE)构建对近岸结构物作用的波浪的数值模拟,验证了其应用的准确性[13]。

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