船舶一旦发生破损,不仅危及人命安全,还可能对海洋环境带来严重破坏。开展波浪中船舶破舱进水、液舱晃荡、船舶运动之间耦合作用研究,无论对破损民船的救援和拖航方案的制定,还是提高舰船战损后的第二生命力,都具有重要的理论研究意义和工程实际应用及海洋环境保护价值。本文基于CFD方法数值模拟破舱引起的内外液体交换过程和液舱晃荡,研究破损船舶有(无)航速下的运动性能。本文主要研究工作和成果如下:(1)基于粘性流体动力学和自由液面处理技术(VOF法),建立波浪中船舶破损后内外液体交换、液舱晃荡、船舶摇荡之间耦合运动的数学模型。(2)借助STAR-CCM+软件平台,首先数值模拟了空舱进水过程及进水引起的舱室运动,得到了舱室进水量和运动时历曲线,经与试验结果对比,验证了数值计算的正确性。然后选取ITTC阻力标模DTBT5415进行破损舱室及流场建模,对破损进水过程及运动状态进行数值模拟分析,数值结果同静力学损失浮力法计算结果进行比对,两者基本一致。(3)采用速度入口造波方式,建立了具有造波、消波功能的波浪数值水池。通过与理论值比对,验证了波浪数值水池的有效性。在此基础上分别计算了DTBT5415在不同浪向及破损位置时的运动响应,数值模拟了破舱内液体晃荡,并通过比较以分析破损船舶较完整船舶运动所发生的变化,发现横浪工况下,船身背浪侧发生破损较迎浪侧发生破损更危险。不同浪向下,破损船舶的垂荡运动存在着明显的低频成分且纵摇运动幅值有一定减小现象。(4)数值计算了有航速破损DTBT5415在波浪中运动响应,分析了迎浪工况下破损船舶相对完整船舶运动的变化,同时研究了不同拖航速度对破损船舶运动响应的影响,发现破损船舶航行阻力明显大于完整船舶,较大航速的破损船舶垂荡运动幅值明显大于低速船舶。