1. 海洋数值模拟超算机时

原文:观棋

李从谦〔唐朝〕

竹林二君子，尽日竟沉吟。相对终无语，争先各有心。

恃强斯有失，守分固无侵。若算机筹处，沧沧海未深。

译文:

竹林二君子，尽日最终沉思。

相对始终无语，争先意见不一。

凭借强大而有失，守分本来没有侵犯。

如果算机筹处，沧州大海没有深。

2. 海洋数值模拟是什么意思

海洋常规调查是获得海洋要素数据的基本手段。海洋常规调查数据是不可缺少的作为最终参考标准，以校正海洋遥感和数值模拟等方法的结果，需要充分利用它内在的价值。

广义的海洋常规调查数据包括海洋台站测量、海洋浮标测量、船舶报数据等观测手段获得的数据。根据不同的观测目的，这些数据的精度可能有所差别，在具体使用时需要区分对待。

3. 海洋数值模拟软件

100克是二两，按照重量计算，相当于3-4个草莓重量，相当于两个鸡蛋重量；按照实物计算，换算成毫升是一个杯子小半杯。

1.克，是重量单位。

2.两，是重量单位。

3.毫升是容积单位。

如果换算，必须考虑比重，比如水比重是1，就是100ml*1=100克；某种油的比重是0.8，那么100克/0.8=125毫升。

4. 海洋数值模拟计算方法

AQWA是一套集成模块，主要用于满足各种结构流体动力学特性评估相关分析需求，包括从桅、桁到FPSOs，从停泊系统到救生系统，从TLPs到半潜水系统，从渔船到大型船舶以及结构交互作用。

中文名

AQWA

外文名

AQWA

描述

一套集成模块

包括

从桅、桁到FPSOs

模块覆盖范围

衍射/辐射(包括浅水效应)等

特征

ANSYS软件下的集成系统

开发公司

安世亚太公司

aqwa

SIMWE

哥氏力

clarke变换

恒虚警检测

PI算法

pid增量式算法

foc控制

MATHWORKS

PumpLinx

简介

模块覆盖流体分析的全部范围，包含

衍射/辐射(包括浅水效应)- AQWA-LINE;

具有随机波的频域- AQWA-FER;

aqwa

具有随机波包括慢漂流的时域AQWA-DRIFT;

具有宽大波的非线性时域- AQWA-NAUT;

包括停泊线的静动稳定性- AQWA-LIBRIUM。

时域和频域模块还包括耦合缆索动力学。最后所有的模块集成于强大的前后处理器AQWA-图形超级用户界面。

AQWA能够处理多达50个互联的结构，且能够考虑和流体的交互作用。

AQWA还可以作为浮动结构的完整流体和结构分析系统-AQWA-OFFSHORE，它结合了AQWA 和 ASAS并有网格划分和结果显示功能。

重要特征

· 完全的集成系统

· 丰富的流体交互作用

· 多达50个互联的结构

· AQWA 超级图形用户界面

· 灵活的建模功能

· 耦合缆索动力学

· 能够集成软件以施加外部载荷

· 超过20年的用户适用证明和验证

· 直接将结果传输到 ASAS

集成系统

AQWA是一个由衍射/辐射(AQWA-LINE))，包含停泊线的初始静动稳定性(AQWA-LIBRIUM) ，具有不规则波的频域(AQWA-FER) ，具有随机波包含慢漂流的时域(AQWA-DRIFT)，具有不规则波的非线性时域( AQWA-NAUT)等模块构成的完整集成系统。

这些模块被封装在强大的AQWA图形用户界面。

另外一个可选择的集成模块-耦合缆索动力学是实用的频域和时域模块，也具有强大的AQWA图形用户界面。

其它可选择的模块包括AQWA-LAUNCH和AQWA-FLOAT。这些模块用来模拟安装时的套管下水和浮动操作。AQWA图形用户界面可以从程序中提取出结果和动画演示。

交互作用

AQWA可以考虑邻近结构间的流体动力学相互作用。因而某一结构的运动可能影响另一结构的运动。结构可以由缆索铰结、连接在一起，也可以相互独立无关。一种典型的应用为屏蔽效应分析。需要注意的是具有前进速度条件的流体动力学交互作用目前是不可用的。

建模查询

AQWA-Graphical Supervisor是程序的关键模块. 其主要功能如下:

· 数据编辑

· 自动网格产生

· 在线帮助

· 在线参考手册

· 在线指南/算例

· 分析的控制和监测

· 包括前进速度的弯曲动量/剪切力计算

· 分离力计算

· 模型缩放

· 结果演示

· 强大的图形工具

· 输出到电子表格

· 函数处理，如节点 RAOs

· 转换分析，如时域向频域的转换

· 波幅升降的显示

分析功能

AQWA不仅仅用于系泊系统或衍射辐射分析，也是通用的流体动力学分析软件，对多种问题提供了非常灵活的解决方法。具体应用实例包括:

· 停泊系统的设计和分析

· FPSOs 的运动分析

· 气隙的确定

· 船和障碍物屏蔽效应的计算

· LNG传递过程中多体相互作用

· 系泊耦合线-结构相互作用

· 带中间浮标的缆索动力学

· 半潜水状态时的分离力计算

· TLP 概念设计

· TLP 缆索分析

· 跌落物体轨迹计算

· 概念设计和波能量系统分析

· 浮船间升降操作的模拟

· 母船登陆卸载工艺

· 驳船/海船对大型近海结构的的运输分析

· 浮动分析

· 桅船的运动分析

索动力学

利用这一独特模块，AQWA可以进行独立的或耦合的缆索动力学分析。这一功能既在频域可用(AQWA-FER)，也在时域模块可用(AQWA-DRIFT和 AQWA-NAUT)。频域求解非常快，以确定是否需要进行缆索动力学分析，然而精度仅大约为90%。时域分析可以提供非常高的精度，但是当然要使用更长的运行时间。

某些机构还坚持单独进行缆索动力学分析，这可以直接在AQWA Graphical Supervisor中进行。耦合缆索动力学的其它特点包括:

· 中间的浮筒

· 中间的配重

· 易浮悬链线

· 船舰间的缆索

动态联接

AQWA 5.5具有通过动态联接库(DLL)施加力载荷历史的能力。这一特点可使用户在"C++"或FORTRAN中产生他们自己的动态库来计算结构基于时间、位置和/或速度的力。同时在每一时间步定义了质量矩阵来模拟惯性力。计算可由最多100个整数参数和100个实数参数来控制，这些参数可以由用户输入然后传递到外部力程序。该功能可用于分析如下过程:

· 动态定位系统

· 航向校正系统

· 拖船提供的牵引力

· 具有特殊性质的阻尼系统

· 两船靠近时船体间或船与海床间的吸引力?

校核验证

AQWA已经开发了近30年。最初它被用于预测大型管套结构的下水和浮起，因为北部海域开始成为巨大的产油区。实际的下水试验证明AQWA能够以非常高的精度预测套管的运动。这使得LAUNCH/FLOAT程序成为了事实上的分析标准，此后该程序又融合了其它第三方软件，包括Exxon、DNV和 Bureau Veritas，功能得到了扩展并成为更通用的程序，又推出了AQWA-FER, AQWA-NAUT和AQWA-DRIFT。这些程序通过试验和其它比较得到了广泛验证。

AQWA-FER、AQWA-LINE和AQWA-LIBRIUM已被挪威海事管理局批准用于停泊分析。连同23个其它国际机构，AQWA被用于NTNF研究项目中的FPS2000比较试验，结果根据授权来使用。

应力分析

AQWA-WAVE是 AQWA-LINE和ASAS间的联接程序。对于给定的波方向，周期和频率，它读取压力和运动形式的结果，并且自动地作为压力和加速度应用到ASAS 有限元模型中。两种模拟间节点坐标的差别由系统自动解决。

AQWA特点概述

AQWA软件用于计算船舶与海洋工程的水动力性能问题功能完备，计算精度高，界面友好，影响广泛。其大致有如下特点:

(1)可以计算任意水深;

(2)计算浮体结构的波浪力，同时考虑波浪的衍射/辐射(包括浅水效应);

(3)计算浮体结构的平衡位置，可以考虑多个浮体结构通过缆绳的连接;

(4)停泊线的初始静/动稳定性;

(5)浮体结构的初步设计;

(6)频域线性分析模块;

(7)时域非线性分析模块;

(8)外力载荷动态库联接;

(9)传递压力和速度结果到ASAS或ANSYS进行结构响应分析。

AQWA的局限性

AQWA本身是一个非常优秀的软件，但是在使用过程中发现它还是有一些不足之处的，大概有以下几点:

(1)AQWA-LINE对节点和单元的个数有限制，节点个数不能超过22000个，单元个数不能超过18000个;

(2)AQWA里面没有Tank的概念，无法进行稳性计算;

(3)AQWA里考虑风和流的作用时，需要用户自己计算风力、流力系数;

(4)AQWA软件卡片的设置有着非常严格的格式要求，一般初学者较难掌握。

5. 海洋数值模拟方法

海洋中的声速

　　海水的声学特性之一，与海水的密度、压缩率和比热容有关，也与温度、静压力和盐度有关。因此海洋中的声速因时因地而异，但大致在 1450～1540米/秒范围内变化。可用声速仪在海上现场直接测量声速，也可以通过测量海水的温度和盐度，然后按经验公式计算。广泛采用的是1962年发表的W.D.威耳孙海水声速公式，它已编制成声速计算表加以应用。此式适用的温度、盐度和静压力的变化范围很宽,均方误差为±0.3米/秒,大致和声速仪的测量结果相当。1971年，H.W.弗赖伊和J.D.皮尤发表了更精确而简单的声速经验公式：

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为声速（米/秒）；T 为温度（°C）；S为盐度；p为静压力（公斤/厘米2）。

　　此公式的应用范围：-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。此范围占全世界海洋水域的99.5％。按此公式计算的结果，声速均方误差为0.1米/秒

6. 海洋数值模拟方法的特点

海洋科学专业主要研究海洋的自然现象、性质及其变化规律，以及海洋的开发利用。研究对象包括海水、溶解和悬浮于海水中的物质、生活于海洋中的生物、海底沉积和海底岩石圈，以及海面上的大气边界层和河口海岸带。例如：潮汐、厄尔尼诺现象、海洋生物等等。

开设课程:流体力学、计算流体力学、海洋科学导论、物理海洋学、工程环境海洋学、海洋调查方法、海洋要素计算及预报、海洋数值模型、区域海洋学、卫星海洋学、海洋气象学、海洋生态学、环境评价与规划等。