深水畸形波速度场特性及长峰不规则波短期统计概率分布特性研究

The study of the velocity field of the freak waves is extremely important for the safety of ships and offshore platforms. However, there are few studies on this topic in the world. Wave loads analysis based on the Rayleigh distribution or Forristall distribution underestimate the probability of occurrence of the extreme waves in the survival condition. This analysis underestimate the actual risk, and it is an important reason for the frequent occurrence of disastrous accidents in ocean engineering. Therefore, it is necessary to use the strong nonlinear wave theory to analyze the statistical probability distribution of deep-water irregular waves. In this project, the strongly nonlinear deep-water fluid sheet wave model is improved, and a new deep-water fluid sheet wave model is proposed, which can simulate the velocity field of deep water irregular waves accurately. This project analyzes the wave profiles and velocity field characteristics of deep-water freak waves, and provides a scientific environmental description for the motion response analysis of ships and ocean engineering structures in freak waves. This project also analyzes the short-term statistical probability distribution characteristics of the long-crest irregular waves in deep water, and gives the practical formula for the calculation of the probability of occurrence of extreme sea conditions for the design of ships and ocean engineering structures.

畸形波的速度场研究对于船舶和海洋平台海上安全是极其重要的，然而国内外这方面的研究还很少。目前基于Rayleigh分布或Forristall分布的波浪载荷分析远远低估了生存工况中极限波浪的发生概率，也就是远远低估了实际风险，这就是全世界范围海洋工程灾害性事故频发的重要原因之一。因此，有必要采用强非线性波浪理论对深水不规则波的统计概率分布进行准确的分析。本项目对强非线性深水层析波浪模型进行改进，提出新型的深水层析波浪模型，能够对深水不规则波速度场进行准确模拟。分析深水畸形波的波形和速度场特性，为船舶与海洋工程结构物在畸形波中的运动响应分析提供科学的环境描述。分析深水长峰不规则波的短期统计概率分布特性，给出工程实用公式，为船舶与海洋工程结构物设计时提供科学的恶劣海况发生概率计算依据。

畸形波的速度场研究对于船舶和海洋平台海上安全是极其重要的，然而国内外这方面的研究还很少。目前基于Rayleigh分布或Forristall分布的波浪载荷分析远远低估了生存工况中极限波浪的发生概率，也就是远远低估了实际风险，这就是全世界范围海洋工程灾害性事故频发的重要原因之一。因此，本项目采用强非线性波浪理论对深水不规则波的统计概率分布进行了准确的分析。本项目对强非线性深水层析波浪模型进行了改进，提出了新型的深水层析波浪模型，对深水不规则波速度场进行了数值模拟。分析了深水畸形波的波形和速度场特性，为船舶与海洋工程结构物在畸形波中的运动响应分析提供科学的环境描述。开展了深水长峰不规则波物理水池试验，并将深水层析波浪模型模拟结果与实验进行了对比，分析了深水长峰不规则波的短期统计概率分布特性，给出了工程实用公式。为船舶与海洋工程结构物设计时提供科学的恶劣海况发生概率计算依据。..项目负责人参与了国际著名石油公司、船级社、大学合作开展的国际联合工业项目（Reproducible Offshore CFD JIP），从2019年到2021年开展了3年深水长峰不规则波短期统计概率分布研究工作。在“背对背” 对比研究中，本项目开发的深水层析水波理论（IGN）计算精度优于HOS-NWT、REEF3D、HAWASSI等众多国际知名水波代码，排名第1，发表在OMAE国际会议上。2021年，项目负责人入选国家级青年人才奖励计划。