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1. 海洋數(shù)值模擬超算機(jī)時(shí)

原文:觀棋

李從謙〔唐朝〕

竹林二君子，盡日竟沉吟,。相對(duì)終無(wú)語(yǔ),，爭(zhēng)先各有心。

恃強(qiáng)斯有失,，守分固無(wú)侵,。若算機(jī)籌處，滄滄海未深,。

譯文:

竹林二君子,，盡日最終沉思。

相對(duì)始終無(wú)語(yǔ),，爭(zhēng)先意見(jiàn)不一,。

憑借強(qiáng)大而有失，守分本來(lái)沒(méi)有侵犯,。

如果算機(jī)籌處,，滄州大海沒(méi)有深。

2. 海洋數(shù)值模擬是什么意思

海洋常規(guī)調(diào)查是獲得海洋要素?cái)?shù)據(jù)的基本手段,。海洋常規(guī)調(diào)查數(shù)據(jù)是不可缺少的作為最終參考標(biāo)準(zhǔn),，以校正海洋遙感和數(shù)值模擬等方法的結(jié)果，需要充分利用它內(nèi)在的價(jià)值,。

廣義的海洋常規(guī)調(diào)查數(shù)據(jù)包括海洋臺(tái)站測(cè)量,、海洋浮標(biāo)測(cè)量、船舶報(bào)數(shù)據(jù)等觀測(cè)手段獲得的數(shù)據(jù),。根據(jù)不同的觀測(cè)目的,，這些數(shù)據(jù)的精度可能有所差別，在具體使用時(shí)需要區(qū)分對(duì)待,。

3. 海洋數(shù)值模擬軟件

100克是二兩，按照重量計(jì)算,，相當(dāng)于3-4個(gè)草莓重量,，相當(dāng)于兩個(gè)雞蛋重量,；按照實(shí)物計(jì)算，換算成毫升是一個(gè)杯子小半杯,。

1.克,，是重量單位。

2.兩,，是重量單位,。

3.毫升是容積單位。

如果換算,，必須考慮比重,，比如水比重是1，就是100ml*1=100克,；某種油的比重是0.8,，那么100克/0.8=125毫升。

4. 海洋數(shù)值模擬計(jì)算方法

AQWA是一套集成模塊,，主要用于滿足各種結(jié)構(gòu)流體動(dòng)力學(xué)特性評(píng)估相關(guān)分析需求,，包括從桅、桁到FPSOs,，從停泊系統(tǒng)到救生系統(tǒng),，從TLPs到半潛水系統(tǒng)，從漁船到大型船舶以及結(jié)構(gòu)交互作用,。

中文名

AQWA

外文名

AQWA

描述

一套集成模塊

包括

從桅,、桁到FPSOs

模塊覆蓋范圍

衍射/輻射(包括淺水效應(yīng))等

特征

ANSYS軟件下的集成系統(tǒng)

開(kāi)發(fā)公司

安世亞太公司

aqwa

SIMWE

哥氏力

clarke變換

恒虛警檢測(cè)

PI算法

pid增量式算法

foc控制

MATHWORKS

PumpLinx

簡(jiǎn)介

模塊覆蓋流體分析的全部范圍，包含

衍射/輻射(包括淺水效應(yīng))- AQWA-LINE;

具有隨機(jī)波的頻域- AQWA-FER;

aqwa

具有隨機(jī)波包括慢漂流的時(shí)域AQWA-DRIFT;

具有寬大波的非線性時(shí)域- AQWA-NAUT;

包括停泊線的靜動(dòng)穩(wěn)定性- AQWA-LIBRIUM,。

時(shí)域和頻域模塊還包括耦合纜索動(dòng)力學(xué),。最后所有的模塊集成于強(qiáng)大的前后處理器AQWA-圖形超級(jí)用戶界面。

AQWA能夠處理多達(dá)50個(gè)互聯(lián)的結(jié)構(gòu),，且能夠考慮和流體的交互作用,。

AQWA還可以作為浮動(dòng)結(jié)構(gòu)的完整流體和結(jié)構(gòu)分析系統(tǒng)-AQWA-OFFSHORE，它結(jié)合了AQWA 和 ASAS并有網(wǎng)格劃分和結(jié)果顯示功能,。

重要特征

· 完全的集成系統(tǒng)

· 豐富的流體交互作用

· 多達(dá)50個(gè)互聯(lián)的結(jié)構(gòu)

· AQWA 超級(jí)圖形用戶界面

· 靈活的建模功能

· 耦合纜索動(dòng)力學(xué)

· 能夠集成軟件以施加外部載荷

· 超過(guò)20年的用戶適用證明和驗(yàn)證

· 直接將結(jié)果傳輸?shù)?ASAS

集成系統(tǒng)

AQWA是一個(gè)由衍射/輻射(AQWA-LINE)),，包含停泊線的初始靜動(dòng)穩(wěn)定性(AQWA-LIBRIUM) ，具有不規(guī)則波的頻域(AQWA-FER) ,，具有隨機(jī)波包含慢漂流的時(shí)域(AQWA-DRIFT),，具有不規(guī)則波的非線性時(shí)域( AQWA-NAUT)等模塊構(gòu)成的完整集成系統(tǒng)。

這些模塊被封裝在強(qiáng)大的AQWA圖形用戶界面,。

另外一個(gè)可選擇的集成模塊-耦合纜索動(dòng)力學(xué)是實(shí)用的頻域和時(shí)域模塊,，也具有強(qiáng)大的AQWA圖形用戶界面。

其它可選擇的模塊包括AQWA-LAUNCH和AQWA-FLOAT,。這些模塊用來(lái)模擬安裝時(shí)的套管下水和浮動(dòng)操作,。AQWA圖形用戶界面可以從程序中提取出結(jié)果和動(dòng)畫(huà)演示,。

交互作用

AQWA可以考慮鄰近結(jié)構(gòu)間的流體動(dòng)力學(xué)相互作用。因而某一結(jié)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)可能影響另一結(jié)構(gòu)的運(yùn)動(dòng),。結(jié)構(gòu)可以由纜索鉸結(jié),、連接在一起，也可以相互獨(dú)立無(wú)關(guān),。一種典型的應(yīng)用為屏蔽效應(yīng)分析,。需要注意的是具有前進(jìn)速度條件的流體動(dòng)力學(xué)交互作用目前是不可用的。

建模查詢

AQWA-Graphical Supervisor是程序的關(guān)鍵模塊. 其主要功能如下:

· 數(shù)據(jù)編輯

· 自動(dòng)網(wǎng)格產(chǎn)生

· 在線幫助

· 在線參考手冊(cè)

· 在線指南/算例

· 分析的控制和監(jiān)測(cè)

· 包括前進(jìn)速度的彎曲動(dòng)量/剪切力計(jì)算

· 分離力計(jì)算

· 模型縮放

· 結(jié)果演示

· 強(qiáng)大的圖形工具

· 輸出到電子表格

· 函數(shù)處理,，如節(jié)點(diǎn) RAOs

· 轉(zhuǎn)換分析,，如時(shí)域向頻域的轉(zhuǎn)換

· 波幅升降的顯示

分析功能

AQWA不僅僅用于系泊系統(tǒng)或衍射輻射分析，也是通用的流體動(dòng)力學(xué)分析軟件,，對(duì)多種問(wèn)題提供了非常靈活的解決方法,。具體應(yīng)用實(shí)例包括:

· 停泊系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和分析

· FPSOs 的運(yùn)動(dòng)分析

· 氣隙的確定

· 船和障礙物屏蔽效應(yīng)的計(jì)算

· LNG傳遞過(guò)程中多體相互作用

· 系泊耦合線-結(jié)構(gòu)相互作用

· 帶中間浮標(biāo)的纜索動(dòng)力學(xué)

· 半潛水狀態(tài)時(shí)的分離力計(jì)算

· TLP 概念設(shè)計(jì)

· TLP 纜索分析

· 跌落物體軌跡計(jì)算

· 概念設(shè)計(jì)和波能量系統(tǒng)分析

· 浮船間升降操作的模擬

· 母船登陸卸載工藝

· 駁船/海船對(duì)大型近海結(jié)構(gòu)的的運(yùn)輸分析

· 浮動(dòng)分析

· 桅船的運(yùn)動(dòng)分析

索動(dòng)力學(xué)

利用這一獨(dú)特模塊，AQWA可以進(jìn)行獨(dú)立的或耦合的纜索動(dòng)力學(xué)分析,。這一功能既在頻域可用(AQWA-FER),，也在時(shí)域模塊可用(AQWA-DRIFT和 AQWA-NAUT)。頻域求解非?？?，以確定是否需要進(jìn)行纜索動(dòng)力學(xué)分析，然而精度僅大約為90%,。時(shí)域分析可以提供非常高的精度,，但是當(dāng)然要使用更長(zhǎng)的運(yùn)行時(shí)間。

某些機(jī)構(gòu)還堅(jiān)持單獨(dú)進(jìn)行纜索動(dòng)力學(xué)分析,，這可以直接在AQWA Graphical Supervisor中進(jìn)行,。耦合纜索動(dòng)力學(xué)的其它特點(diǎn)包括:

· 中間的浮筒

· 中間的配重

· 易浮懸鏈線

· 船艦間的纜索

動(dòng)態(tài)聯(lián)接

AQWA 5.5具有通過(guò)動(dòng)態(tài)聯(lián)接庫(kù)(DLL)施加力載荷歷史的能力。這一特點(diǎn)可使用戶在"C++"或FORTRAN中產(chǎn)生他們自己的動(dòng)態(tài)庫(kù)來(lái)計(jì)算結(jié)構(gòu)基于時(shí)間,、位置和/或速度的力,。同時(shí)在每一時(shí)間步定義了質(zhì)量矩陣來(lái)模擬慣性力。計(jì)算可由最多100個(gè)整數(shù)參數(shù)和100個(gè)實(shí)數(shù)參數(shù)來(lái)控制,，這些參數(shù)可以由用戶輸入然后傳遞到外部力程序,。該功能可用于分析如下過(guò)程:

· 動(dòng)態(tài)定位系統(tǒng)

· 航向校正系統(tǒng)

· 拖船提供的牽引力

· 具有特殊性質(zhì)的阻尼系統(tǒng)

· 兩船靠近時(shí)船體間或船與海床間的吸引力?

校核驗(yàn)證

AQWA已經(jīng)開(kāi)發(fā)了近30年。最初它被用于預(yù)測(cè)大型管套結(jié)構(gòu)的下水和浮起,，因?yàn)楸辈亢Ｓ蜷_(kāi)始成為巨大的產(chǎn)油區(qū),。實(shí)際的下水試驗(yàn)證明AQWA能夠以非常高的精度預(yù)測(cè)套管的運(yùn)動(dòng)。這使得LAUNCH/FLOAT程序成為了事實(shí)上的分析標(biāo)準(zhǔn),，此后該程序又融合了其它第三方軟件,，包括Exxon、DNV和 Bureau Veritas，功能得到了擴(kuò)展并成為更通用的程序,，又推出了AQWA-FER, AQWA-NAUT和AQWA-DRIFT,。這些程序通過(guò)試驗(yàn)和其它比較得到了廣泛驗(yàn)證,。

AQWA-FER,、AQWA-LINE和AQWA-LIBRIUM已被挪威海事管理局批準(zhǔn)用于停泊分析。連同23個(gè)其它國(guó)際機(jī)構(gòu),，AQWA被用于NTNF研究項(xiàng)目中的FPS2000比較試驗(yàn),，結(jié)果根據(jù)授權(quán)來(lái)使用。

應(yīng)力分析

AQWA-WAVE是 AQWA-LINE和ASAS間的聯(lián)接程序,。對(duì)于給定的波方向,，周期和頻率，它讀取壓力和運(yùn)動(dòng)形式的結(jié)果,，并且自動(dòng)地作為壓力和加速度應(yīng)用到ASAS 有限元模型中,。兩種模擬間節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)的差別由系統(tǒng)自動(dòng)解決。

AQWA特點(diǎn)概述

AQWA軟件用于計(jì)算船舶與海洋工程的水動(dòng)力性能問(wèn)題功能完備,，計(jì)算精度高,，界面友好，影響廣泛,。其大致有如下特點(diǎn):

(1)可以計(jì)算任意水深;

(2)計(jì)算浮體結(jié)構(gòu)的波浪力,，同時(shí)考慮波浪的衍射/輻射(包括淺水效應(yīng));

(3)計(jì)算浮體結(jié)構(gòu)的平衡位置，可以考慮多個(gè)浮體結(jié)構(gòu)通過(guò)纜繩的連接;

(4)停泊線的初始靜/動(dòng)穩(wěn)定性;

(5)浮體結(jié)構(gòu)的初步設(shè)計(jì);

(6)頻域線性分析模塊;

(7)時(shí)域非線性分析模塊;

(8)外力載荷動(dòng)態(tài)庫(kù)聯(lián)接;

(9)傳遞壓力和速度結(jié)果到ASAS或ANSYS進(jìn)行結(jié)構(gòu)響應(yīng)分析,。

AQWA的局限性

AQWA本身是一個(gè)非常優(yōu)秀的軟件,，但是在使用過(guò)程中發(fā)現(xiàn)它還是有一些不足之處的，大概有以下幾點(diǎn):

(1)AQWA-LINE對(duì)節(jié)點(diǎn)和單元的個(gè)數(shù)有限制,，節(jié)點(diǎn)個(gè)數(shù)不能超過(guò)22000個(gè),，單元個(gè)數(shù)不能超過(guò)18000個(gè);

(2)AQWA里面沒(méi)有Tank的概念，無(wú)法進(jìn)行穩(wěn)性計(jì)算;

(3)AQWA里考慮風(fēng)和流的作用時(shí),，需要用戶自己計(jì)算風(fēng)力,、流力系數(shù);

(4)AQWA軟件卡片的設(shè)置有著非常嚴(yán)格的格式要求，一般初學(xué)者較難掌握,。

5. 海洋數(shù)值模擬方法

海洋中的聲速

　　海水的聲學(xué)特性之一,，與海水的密度、壓縮率和比熱容有關(guān),，也與溫度,、靜壓力和鹽度有關(guān)。因此海洋中的聲速因時(shí)因地而異,，但大致在 1450～1540米/秒范圍內(nèi)變化,。可用聲速儀在海上現(xiàn)場(chǎng)直接測(cè)量聲速,，也可以通過(guò)測(cè)量海水的溫度和鹽度,，然后按經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算,。廣泛采用的是1962年發(fā)表的W.D.威耳孫海水聲速公式，它已編制成聲速計(jì)算表加以應(yīng)用,。此式適用的溫度,、鹽度和靜壓力的變化范圍很寬,均方誤差為±0.3米/秒,大致和聲速儀的測(cè)量結(jié)果相當(dāng)。1971年,，H.W.弗賴伊和J.D.皮尤發(fā)表了更精確而簡(jiǎn)單的聲速經(jīng)驗(yàn)公式：

c＝1449.30+ΔcT+ΔcS+Δcp+ΔcS,p,T

式中 ΔcT＝4.587T-5.356×10-2T2+2.604×10-4T3

　　 ΔcS＝1.19(S-35)+9.6×10-2(S-35)3

　　 Δcp＝1.5848×10-1p+1.572×10-5p2-3.46×10-12p4

ΔcS,p,T＝ 1.354×10-5T2p-7.19×10-7Tp2-1.2×10-2(S-35)

Tc為聲速（米/秒）,；T 為溫度（°C）；S為鹽度,；p為靜壓力（公斤/厘米2）,。

　　此公式的應(yīng)用范圍：-3°C<T<30°C，33.1<S<36.6,，1.033公斤/厘米2<p <984.3公斤/厘米2,。此范圍占全世界海洋水域的99.5％。按此公式計(jì)算的結(jié)果,，聲速均方誤差為0.1米/秒

6. 海洋數(shù)值模擬方法的特點(diǎn)

海洋科學(xué)專業(yè)主要研究海洋的自然現(xiàn)象,、性質(zhì)及其變化規(guī)律，以及海洋的開(kāi)發(fā)利用,。研究對(duì)象包括海水,、溶解和懸浮于海水中的物質(zhì)、生活于海洋中的生物,、海底沉積和海底巖石圈,，以及海面上的大氣邊界層和河口海岸帶。例如：潮汐,、厄爾尼諾現(xiàn)象,、海洋生物等等。

開(kāi)設(shè)課程:流體力學(xué),、計(jì)算流體力學(xué),、海洋科學(xué)導(dǎo)論、物理海洋學(xué),、工程環(huán)境海洋學(xué),、海洋調(diào)查方法、海洋要素計(jì)算及預(yù)報(bào),、海洋數(shù)值模型,、區(qū)域海洋學(xué)、衛(wèi)星海洋學(xué),、海洋氣象學(xué),、海洋生態(tài)學(xué)、環(huán)境評(píng)價(jià)與規(guī)劃等。