箱體中非線性液體晃蕩現(xiàn)象的數(shù)值模擬.pdf

1、隨著石油、天然氣需求的不斷增加，VLCC（超大油輪）、FPSO（浮式生產(chǎn)儲(chǔ)油輪）、LPG（液化石油氣）船、LNG（液化天然氣）船的需求量不斷增加，裝載量越來越大，載液船舶在海上的安全性問題在船舶與海洋工程領(lǐng)域引起了廣泛的關(guān)注。
　　 晃蕩是指部分充滿液體的箱體在外部激振力的作用下產(chǎn)生可移動(dòng)的自由表（界）面的現(xiàn)象，它是一種非常復(fù)雜的流體運(yùn)動(dòng)，呈現(xiàn)出很強(qiáng)的非線性和隨機(jī)性。在幾乎所有的裝載條件下（100％滿載和空載除外），晃蕩都是可能

2、發(fā)生的。劇烈的液體晃蕩產(chǎn)生巨大的局部沖擊載荷，嚴(yán)重情況下可造成艙壁結(jié)構(gòu)的破壞。為了進(jìn)行晃蕩載荷作用下的艙壁設(shè)計(jì)以及保證船舶的穩(wěn)定性，有必要運(yùn)用數(shù)值方法對(duì)液體晃蕩現(xiàn)象進(jìn)行模擬。
　　 本文的主要研究內(nèi)容有：
　　 （1）對(duì)液體晃蕩現(xiàn)象的勢流、粘性流及實(shí)驗(yàn)研究進(jìn)展進(jìn)行了系統(tǒng)的回顧，并介紹了自由面模擬的數(shù)值方法。
　　 （2）討論了液體晃蕩現(xiàn)象模擬的數(shù)值方法，詳細(xì)推導(dǎo)了任意拉格朗日歐拉（ALE）有限元法、邊界元法的數(shù)值

3、求解過程，介紹了VOF法的基本原理，并通過與解析解的比較，驗(yàn)證了這三種方法的有效性。
　　 （3）通過運(yùn)用ALE有限元法、邊界元法對(duì)水平激勵(lì)下二維矩形箱體液體晃蕩現(xiàn)象的數(shù)值模擬，探討了水平擋板、豎直擋板對(duì)液體晃蕩現(xiàn)象的影響，并比較了這兩種方法在模擬液體晃蕩現(xiàn)象中的優(yōu)缺點(diǎn)。
　　 （4）基于勢流理論運(yùn)用邊界元法分別對(duì)水平激勵(lì)、橫搖激勵(lì)下不帶擋板、帶擋板三維矩形箱體液體晃蕩現(xiàn)象進(jìn)行了數(shù)值模擬，并計(jì)算了作用于箱體上的力和力矩，

4、并分析了擋板的類型、尺寸、位置對(duì)晃蕩現(xiàn)象的影響。
　　 （5）運(yùn)用VOF法研究了水平激勵(lì)、橫搖激勵(lì)下三維箱體內(nèi)劇烈液體晃蕩現(xiàn)象，并對(duì)淺水狀態(tài)下的液體晃蕩現(xiàn)象進(jìn)行了數(shù)值模擬。對(duì)帶擋板箱體內(nèi)液體晃蕩現(xiàn)象進(jìn)行了研究，分析了擋板的類型、尺寸、位置對(duì)晃蕩現(xiàn)象的影響。
　　 通過本文的工作得到以下結(jié)論：
　　 （1）水平激勵(lì)下的液體晃蕩現(xiàn)象，帶水平擋板箱體內(nèi)波位移瞬時(shí)幅值隨擋板與靜水面距離的減小、擋板長度的增大而減小，帶豎直

5、擋板箱體內(nèi)波位移瞬時(shí)幅值隨擋板高度增加而減小；相對(duì)于水平擋板，豎直擋板是降低晃蕩幅度更加有效的方式。
　　 （2）橫搖激勵(lì)下的液體晃蕩現(xiàn)象，帶豎直擋板箱體內(nèi)波位移瞬時(shí)幅值隨擋板高度增加而減??；外部激勵(lì)振幅較小時(shí)，帶水平擋板箱體內(nèi)波位移瞬時(shí)幅值隨擋板與靜水面距離的減小、擋板長度的增大而減小，在大振幅晃蕩時(shí)，水平擋板并未起到良好的降低波位移瞬時(shí)幅值的作用。
　　 （3）水平激勵(lì)下帶T型擋板液體晃蕩現(xiàn)象，波位移瞬時(shí)幅值隨擋板高