scholarly journals The determination of nonlinear forces of the second order during the longitudinal motions of the ship

2020 ◽  
Author(s):  
В.Ю. Семенова ◽  
Д.А. Альбаев
Keyword(s):  
Three Dimensional ◽  
Nonlinear Boundary Conditions ◽  
Second Order ◽  
Heading Angle ◽  
Deep Fluid ◽  
Definition Of ◽  
The Impact ◽  
National Practice ◽  
Good Agreement

В статье рассматривается определение нелинейных сил, возникающих при продольной качке судов (продольно-горизонтальной, вертикальной и килевой) на основании трехмерной потенциальной теории. Для нахождения нелинейных сил, требуется определение потенциалов второго порядка малости. Решение основано на методах малого параметра, интегральных уравнений и функций Грина для случая глубокой воды и ограниченной глубины (при H→∞). При определении потенциалов второго порядка учитываются нелинейные граничные условия на свободной поверхности жидкости и на смоченной поверхности судна. На основании изложенного метода разработаны две программы, использующие разные функции Грина.. Приводятся результаты расчетов сил и моментов для двух разных судов. Показано практически полное согласование результатов при использовании различных функций Грина. Приведено сравнение с результатами по двумерной теории. Проведены расчеты нелинейных сил на различных курсовых углах. Показано влияние курсового угла на отдельные составляющие нелинейных сил. Показано значительное влияние потенциалов второго порядка в образовании нелинейных сил, возникающих при всех видах продольных колебаний. The article deals with the definition of nonlinear forces arising in the surge, heave and pitch motions of the ships on the basis of three-dimensional potential theory. To determine them, it is necessary to calculate the potentials of the second order of smallness. The presented solution in national practice is new. The solution of the problem is carried out on the basis of small parameter methods, integral equations and Green’s functions: for an infinitely deep fluid and a fluid of limited depth (when H→∞).During the determination of the second order potentials, nonlinear boundary conditions on the free surface of the liquid and on the wetted surface of the ship are taken into account On the basis of methods two programs were developed, using different Green functions. The results of calculations of the forces and moments for two different ships are presented. Good agreement between the results for different functions is shown. The calculations are presented in comparison with the calculations according to the two-dimensional theory. calculations were made for nonlinear forces at various heading angles. The impact of heading angle is shown.A significant influence of second-order potentials in the formation of nonlinear forces arising from all types of longitudinals motions is shown

scholarly journals The determination of nonlinear forces of the second order during the ship’s swaying and rolling, based on the three-dimensional potential theory

2020 ◽  
Author(s):  
В.Ю. Семенова ◽  
Д.А. Альбаев
Keyword(s):  
Potential Theory ◽  
Three Dimensional ◽  
Nonlinear Boundary Conditions ◽  
Second Order ◽  
Deep Fluid ◽  
Definition Of ◽  
National Practice ◽  
Limited Depth ◽  
Good Agreement

В статье рассматривается определение нелинейных сил, возникающих при поперечно-горизонтальной и бортовой качке судов на основании трехмерной потенциальной теории. Для их определения необходимо вычисление потенциалов второго порядка малости. Представленное решение в отечественной практике является новым. Решение задачи осуществляется на основании методов малого параметра и интегральных уравнений с учетом нелинейных граничных условий на смоченной поверхности судна и свободной поверхностью жидкости. Нелинейные горизонтальные силы и моменты, возникающие при этих двух видах качки определяются в работе с использованием различных функций Грина: для бесконечно-глубокой жидкости и жидкости ограниченной глубины, когда . Полученные результаты практически полностью согласуются между собой. Приводятся результаты расчетов горизонтальных сил и моментов для четырех разных судов. Расчеты представлены в сравнении с расчетами по двумерной теории, выполненными также для случая бесконечно глубокой жидкости и жидкости ограниченной глубины при больших значениях отношения глубины к осадке H/T. Показано хорошее согласование результатов между собой The article deals with the definition of nonlinear forces arising in the sway and roll motions of the ships on the basis of three-dimensional potential theory. To determine them, it is necessary to calculate the potentials of the second order of smallness. The presented solution in national practice is new. The solution of the problem is carried out on the basis of small parameter methods and integral equations taking into account nonlinear boundary conditions on the wetted surface of the ship and the free surface of the liquid. Nonlinear horizontal forces and moments are determined in the work using various Green functions: for an infinitely deep fluid and a fluid of limited depth when H → ∞. The results obtained are completely consistent with each other. The results of calculations of the nonlinear horizontal forces and momenta for four different ships are presented. The calculations are presented in comparison with the calculations according to the two-dimensional theory, also performed for the case of an infinitely deep liquid and liquid of limited depth for large values ​​of the ratio of depth to sediment H / T. Good agreement between the results is shown

scholarly journals The determination of nonlinear forces of the second order during the laterale motions of the ship in shallow water

2020 ◽  
pp. 18-27
Author(s):  
В.Ю. Семенова ◽  
Д.А. Альбаев
Keyword(s):  
Shallow Water ◽  
Nonlinear Boundary ◽  
Three Dimensional ◽  
Nonlinear Boundary Conditions ◽  
Second Order ◽  
Resonance Modes ◽  
The Impact ◽  
National Practice ◽  
Limited Depth

В статье рассматривается влияние относительной глубины водоема на нелинейные силы, возникающие при поперечной качке судов (поперечно-горизонтальной, вертикальной и бортовой) на основании трехмерной потенциальной теории. Для нахождения нелинейных сил, требуется определение потенциалов второго порядка малости. Решение основано на методах малого параметра, интегральных уравнений Фредгольма и функции Грина для случая мелководья. Данное решение является новым для отечественной практики. При определении потенциалов второго порядка учитываются нелинейные граничные условия на свободной поверхности жидкости и на смоченной поверхности судна. На основании изложенного метода разработана программа расчета нелинейных сил при различных . Приводятся результаты расчетов сил и моментов для четырех различных типов судов. Приведено сравнение с расчетами, основанными на двумерной теории, показано влияние учета трехмерности обтекания корпуса. Проводится исследование влияния изменения относительной глубины водоема на отдельные виды нелинейных сил и моментов. Показано значительное влияние мелководья на амплитуды и смещение резонансных режимов. The article deals with the impact of shallow waters at nonlinear forces arising in the sway, heave and roll motions of the ships on the basis of three-dimensional potential theory. To determine them, it is necessary to calculate the potentials of the second order of smallness. The solution of the problem is carried out on the basis of small parameter methods, Fredholm’s integral equations and Green’s function for a fluid of limited depth. The presented solution in national practice is new. During the determination of the second order potentials, nonlinear boundary conditions on the free surface of the liquid and on the wetted surface of the ship are taken into account on the basis of methods program was developed, considering various . The results of calculations of the forces and moments for four types of different ships are presented. Investigation of impact of non-dimensional depth to the certain types of nonlinear forces and moments is carried out. The significant influence of shallow water on the amplitudes and resonance modes is shown.

Determination of nonlinear forces of the second order arising from the interaction of waves and certain types of ship’s motions

2021 ◽  
pp. 21-30
Author(s):  
В.Ю. Семенова ◽  
Д.А. Альбаев
Keyword(s):  
Free Surface ◽  
Three Dimensional ◽  
Second Order ◽  
Complete Agreement ◽  
Interaction Of Waves ◽  
Diffracted Waves ◽  
Definition Of ◽  
Limited Depth ◽  
Good Agreement

В статье рассматривается определение нелинейных сил второго порядка, обусловленных взаимодействием набегающего, дифрагированного волнения и волнения, обусловленного различными видами колебаний на основании применения трехмерной потенциальной теории. Для их определения необходимо вычисление потенциалов второго порядка малости. Представленное решение в отечественной практике является новым. Решение задачи осуществляется на основании методов малого параметра и интегральных уравнений с учетом нелинейного граничного условия на свободной поверхностью жидкости. В работе расчет интегралов по свободной поверхности проводится напрямую за счет их сходимости на бесконечном удалении от судна. Нелинейные силы и моменты определяются в работе с использованием различных функций Грина: для бесконечно-глубокой жидкости и жидкости ограниченной глубины, когда . Полученные результаты практически полностью согласуются между собой. Приводятся результаты расчетов нелинейных сил и моментов для разных судов. Расчеты представлены в сравнении с расчетами по двумерной теории, выполненными также для случая бесконечно глубокой жидкости и жидкости ограниченной глубины при больших значениях отношения глубины к осадке H/T. Показано хорошее согласование результатов между собой в большинстве случаев. Показана возможность расчета нелинейных сил, возникающих при взаимодействии волнения и отдельных видов качки на произвольных курсовых углах. The article considers the definition of nonlinear second-order forces caused by the interaction of incoming, diffracted waves and waves caused by various types of motions based on the application of three-dimensional potential theory. To determine them, it is necessary to calculate the potentials of the second order of smallness. The presented solution is new in domestic practice. The problem is solved on the basis of small parameter methods and integral equations taking into account the nonlinear boundary condition on the free surface of the liquid. The paper shows the possibility of calculating the integrals over the free surface directly due to their convergence at an infinite distance from the ship. Nonlinear forces and moments are determined in the work using various Green's functions: for an infinitely deep fluid and a fluid of limited depth when H → ∞. The results obtained are in almost complete agreement with each other. The results of calculations of nonlinear forces and moments for different ships are presented. The calculations are presented in comparison with the calculations according to the two-dimensional theory, performed also for the case of an infinitely deep liquid and a liquid of limited depth at large values of ratio H / T. A good agreement of the results is shown among themselves in most cases. The possibility of calculating nonlinear forces arising from the interaction of waves and certain types of motions at arbitrary course angles is shown.

scholarly journals The Determination of nonlinear second-order diffraction forces acting on a ship based on three-dimensional theory

2021 ◽  
pp. 20-27
Author(s):  
В.Ю. Семенова ◽  
Д.А. Альбаев
Keyword(s):  
Free Surface ◽  
Three Dimensional ◽  
Second Order ◽  
Complete Agreement ◽  
Dimensional Theory ◽  
Nonlinear Diffraction ◽  
Definition Of ◽  
Limited Depth ◽  
Good Agreement

В статье рассматривается определение нелинейных дифракционных сил второго порядка, на основании применения трехмерной потенциальной теории. Для их определения необходимо вычисление потенциалов второго порядка малости. Представленное решение в отечественной практике является новым. Решение задачи осуществляется на основании методов малого параметра и интегральных уравнений с учетом нелинейного граничного условия на свободной поверхностью жидкости. В работе показана возможность расчета интегралов по свободной поверхности напрямую за счет их сходимости на бесконечном удалении от судна. Нелинейные дифракционные силы и моменты определяются в работе с использованием различных функций Грина: для бесконечно-глубокой жидкости и жидкости ограниченной глубины, когда H→∞. Полученные результаты практически полностью согласуются между собой. Приводятся результаты расчетов дифракционных сил и моментов для четырех разных судов. Расчеты представлены в сравнении с расчетами по двумерной теории, выполненными также для случая бесконечно глубокой жидкости и жидкости ограниченной глубины при больших значениях отношения глубины к осадке H/T. Показано хорошее согласование результатов между собой. Показана возможность расчета нелинейных дифракционных сил на произвольных курсовых углах. The article discusses the definition of nonlinear diffraction forces of the second order, based on the application of three-dimensional potential theory. To determine them, it is necessary to calculate the potentials of the second order of smallness. The presented solution is new in domestic practice. The problem is solved on the basis of small parameter methods and integral equations taking into account the nonlinear boundary condition on the free surface of the liquid. The paper shows the possibility of calculating the integrals over the free surface directly due to their convergence at an infinite distance from the ship. Nonlinear diffraction forces and moments are determined in the work using various Green's functions: for an infinitely deep fluid and a fluid of limited depth when H → ∞. The results obtained are in almost complete agreement with each other. The results of calculations of diffraction forces and moments for four different ships are presented. The calculations are presented in comparison with the calculations according to the two-dimensional theory, performed also for the case of an infinitely deep liquid and a liquid of limited depth at large values of ratio H / T. Good agreement of the results with each other is shown. The possibility of calculating nonlinear diffraction forces at arbitrary heading angles is shown.

scholarly journals On the influence of the speed on the amplitude of the coupled motionsships in shallow water

2020 ◽  
Author(s):  
В.Ю. Семенова ◽  
Д.В. Казаков
Keyword(s):  
Shallow Water ◽  
Three Dimensional ◽  
Relative Depth ◽  
Parallel Arrangement ◽  
Different Types ◽  
Previous Solution ◽  
Heading Angle ◽  
Response Amplitude Operators ◽  
National Practice

В статье рассматривается определение амплитудно-частотных характеристик, возникающих при совместной качке двух судов в условиях мелководья на основании ранее полученного решения трехмерной потенциальной задачи. Определение амплитуд качки обоих судов осуществляется на основании решения системы 12 связанных дифференциальных уравнений. Представленное решение в отечественной практике является новым. Особое внимание уделяется исследованию влияния скорости хода при параллельном расположении двух судов на амплитуды качки, имеющих место при различных курсовых углах. Расчеты приведены для разных сочетаний судов. Анализ полученных результатов показывает различное поведение значений амплитуд различных видов качки при расположении судов параллельно друг другу при увеличении скорости хода и курсового угла. Показано влияние гидродинамического взаимодействия при качке на косых углах, проявляющееся во взаимодействии бортовой, килевой и вертикальной качки. Отмечается наименьшее влияние скорости хода при расположении двух судов лагом, проявляющееся в уменьшении бортовой качки. Делается вывод об одинаковом влиянии скорости хода на амплитуды качки при различных сочетаниях относительной глубины и расстояния между судами. This paper is about the determination of the response amplitude operators during the coupled motions of two ships in shallow water, based on the previous solution of the three dimensional potential problem. The determination of the amplitudes of the motions of both ships is based on the solution of a system of 12 coupled differential equations. The solution presented in the national practice is new. Particular attention is paid to the study of the effect of speed with a parallel arrangement of two ships on the amplitude of the motions that occur at different course angles. Calculations are given for different combinations of ships. The analysis of the results obtained shows different behavior of the values ​​of the amplitudes of different types of motions when the ships are positioned parallel to each other with increasing speed and heading angle. The influence of hydrodynamic interaction during motions at oblique angles is shown, which manifests itself in the interaction of rolling, pitching and heaving. The smallest influence of the speed of the course is noted when two ships are located in beam waves, which is manifested in a decrease in rolling. The conclusion is made about the same influence of the speed of the course on the amplitude of the roll at various combinations of the relative depth and distance between the vessels.

scholarly journals Determination of nonlinear second-order diffraction forces acting on a ship in shallow water conditions based on the use of three-dimensional potential theory

2021 ◽  
pp. 25-33
Author(s):  
В.Ю. Семенова ◽  
Д.А. Альбаев
Keyword(s):  
Shallow Water ◽  
Potential Theory ◽  
Three Dimensional ◽  
Nonlinear Boundary Conditions ◽  
Second Order ◽  
Relative Depth ◽  
Incoming Wave ◽  
Nonlinear Diffraction ◽  
Water Conditions

В статье рассматривается метод определения нелинейных дифракционных сил, действующих на судно в условиях мелководья на основании трехмерной потенциальной теории. Производится оценка влияния относительной глубины водоема Н/Т на данные нелинейные силы. Для нахождения нелинейных сил, требуется определение потенциалов второго порядка малости. Решение основано на методах малого параметра, интегральных уравнений Фредгольма и функции Грина для случая мелководья. Данное решение является новым для отечественной практики. При определении потенциалов второго порядка учитываются нелинейные граничные условия на свободной поверхности жидкости и на смоченной поверхности судна. На основании изложенного метода разработана программа расчета нелинейных сил при различных Н/Т. Приводятся результаты расчетов сил и моментов для трех различных типов судов. Приведено сравнение с расчетами, основанными на двумерной теории. Особое внимание уделяется учету потенциала набегающего волнения второго порядка. Учитывается его вклад в образовании нелинейных дифракционных сил. Приводится сравнение расчетов с учетом влияния данного потенциала и без него. The article discusses a method for determining nonlinear diffraction forces acting on a ship in shallow water conditions on the basis of a three-dimensional potential theory. The influence of the relative depth of the fluid Н/Т on these nonlinear forces is assessed. To determine them, it is necessary to calculate the potentials of the second order of smallness. The solution of the problem is carried out on the basis of small parameter methods, Fredholm’s integral equations and Green’s function for a fluid of limited depth. The presented solution in national practice is new. During the determination of the second order potentials, nonlinear boundary conditions on the free surface of the liquid and on the wetted surface of the ship are taken into account on the basis of methods program was developed, considering various Н/Т. The results of calculations of the forces and moments for three types of different ships are presented. Comparison with calculations based on two-dimensional theory is given. Special attention is paid to taking into account the potential of the second-order of incoming wave. Its contribution to the formation of nonlinear diffraction forces is taken into account. A comparison of calculations with and without the influence of this potential is given

Determination of the added masses and damping coefficients during coupled motions of two ships in shallow water parallel to the vertical wall

2021 ◽  
pp. 16-25
Author(s):  
В.Ю. Семенова ◽  
К.И. Баканов
Keyword(s):  
Shallow Water ◽  
Vertical Wall ◽  
Three Dimensional ◽  
Hydrodynamic Coefficients ◽  
Damping Coefficients ◽  
Added Masses ◽  
Joint Motions ◽  
National Practice ◽  
Simultaneous Influence

В статье рассматривается определение коэффициентов демпфирования и присоединенных масс, возникающих при совместной качке двух судов в условиях мелководья параллельно вертикальной стенке на основании решения трехмерной потенциальной задачи. Определение гидродинамических коэффициентов осуществляется на основании методов интегральных уравнений и зеркальных отображений. Представленное решение в отечественной практике является новым. В статье приводятся результаты расчетов коэффициентов присоединенных масс и демпфирования, возникающих при качке двух одинаковых судов, расположенных лагом к волнению и параллельно вертикальной стенке в зависимости от изменения расстояний как между судами, так и между судами и вертикальной стенкой. Проводится исследование влияния различных фарватеров на величины гидродинамических коэффициентов, а именно: мелководного фарватера, мелководного фарватера с вертикальной стенкой, мелководного фарватера со вторым параллельно качающимся судном и мелководного фарватера с вертикальной стенкой и вторым судном. Таким образом, в работе учитывается одновременное влияния мелководья, вертикальной стенки и второго судна. Показано увеличение значений коэффициентов присоединенных масс и демпфирования при уменьшении расстояний между судами и между судами и вертикальной стенкой. Также показано значительное совместное влияние вертикальной стенки и второго судна на коэффициенты присоединенных масс и демпфирования по сравнению с другими видами стесненных фарватеров. The article discusses the determination of damping coefficients and added masses arising from the joint motions of two ships in shallow water conditions parallel to the vertical wall based on the solution of a three-dimensional potential problem. Determination of hydrodynamic coefficients is carried out on the basis of the methods of integral equations and mirror images. The solution presented in the national practice is new The article presents the results of calculating the coefficients of added masses and damping arising from the motions of two identical ships located lagged to the sea and parallel to the vertical wall, depending on the change in the distances between the ships and between the ships and the vertical wall. A study is being made of the influence of various waterways on the values ​​of hydrodynamic coefficients, namely: a shallow waterway, a shallow waterway with a vertical wall, a shallow waterway with a second parallel oscillating ship and a shallow waterway with a vertical wall and a second ship. Thus, the work takes into account the simultaneous influence of shallow water, vertical wall and the second ship. An increase in the values of the coefficients of added masses and damping with a decrease in the distances between ships and between ships and the vertical wall is shown. It also shows a significant combined effect of the vertical wall and the second ship on the added mass and damping coefficients in comparison with other types of constrained waterways.

scholarly journals Impact of Second-Order Slip and Double Stratification Coatings on 3D MHD Williamson Nanofluid Flow with Cattaneo–Christov Heat Flux

Coatings ◽  
2019 ◽  
Vol 9 (12) ◽  
pp. 849 ◽  
Author(s):  
Muhammad Ramzan ◽  
Asma Liaquet ◽  
Seifedine Kadry ◽  
Sungil Yu ◽  
Yunyoung Nam ◽  
...  
Keyword(s):  
Heat Flux ◽  
Three Dimensional ◽  
Equation System ◽  
Second Order ◽  
Double Stratification ◽  
Nanofluid Flow ◽  
Analysis Technique ◽  
Homotopy Analysis ◽  
Opposite Behavior ◽  
The Impact

The present research examines the impact of second-order slip with thermal and solutal stratification coatings on three-dimensional (3D) Williamson nanofluid flow past a bidirectional stretched surface and envisages it analytically. The novelty of the analysis is strengthened by Cattaneo–Christov (CC) heat flux accompanying varying thermal conductivity. The appropriate set of transformations is implemented to get a differential equation system with high nonlinearity. The structure is addressed via the homotopy analysis technique. The authenticity of the presented model is verified by creating a comparison with the limited published results and finding harmony between the two. The impacts of miscellaneous arising parameters are deliberated through graphical structures. Some useful tabulated values of arising parameters versus physical quantities are also discussed here. It is observed that velocity components exhibit an opposite trend with respect to the stretching ratio parameter. Moreover, the Brownian motion parameter shows the opposite behavior versus temperature and concentration distributions.

Vortex rings impinging on walls: axisymmetric and three-dimensional simulations

1993 ◽  
Vol 256 ◽  
pp. 615-646 ◽  
Author(s):  
Paolo Orlandi ◽  
Roberto Verzicco
Keyword(s):  
Numerical Simulations ◽  
Strain Tensor ◽  
Three Dimensional ◽  
Reynolds Numbers ◽  
Vortex Rings ◽  
Compression Phase ◽  
Vortex Pairing ◽  
The Impact ◽  
Good Agreement ◽  
Three Dimensional Simulations

Accurate numerical simulations of vortex rings impinging on flat boundaries revealed the same features observed in experiments. The results for the impact with a free-slip wall compared very well with previous numerical simulations that used spectral methods, and were also in qualitative agreement with experiments. The present simulation is mainly devoted to studying the more realistic case of rings interacting with a no-slip wall, experimentally studied by Walker et al. (1987). All the Reynolds numbers studied showed a very good agreement between experiments and simulations, and, at Rev > 1000 the ejection of a new ring from the wall was seen. Axisymmetric simulations demonstrated that vortex pairing is the physical mechanism producing the ejection of the new ring. Three-dimensional simulations were also performed to investigate the effects of azimuthal instabilities. These simulations have confirmed that high-wavenumber instabilities originate in the compression phase of the secondary ring within the primary one. The large instability of the secondary ring has been explained by analysis of the rate-of-strain tensor and vorticity alignment. The differences between passive scalars and the vorticity field have been also investigated.

Sign in / Sign up

Export Citation Format

Share Document