LNG液艙晃蕩沖擊比尺效應(yīng)的實(shí)驗(yàn)研究.pdf

1、隨著人類將油氣資源開采的目光由陸地轉(zhuǎn)向海洋，浮式液化天然氣平臺(tái)(FLNG)成了世界各國競爭的一個(gè)新型裝備制高點(diǎn)。但其運(yùn)營過程中儲(chǔ)液艙內(nèi)部存在嚴(yán)重的流體晃蕩沖擊問題，所以，一直都是海洋工程領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。
　　目前，室內(nèi)模型實(shí)驗(yàn)是研究儲(chǔ)液艙晃蕩的重要手段。其相對(duì)于理論方法和數(shù)值方法而言，可以得到更加有效的結(jié)果來指導(dǎo)工程實(shí)際。但通過人們開展大量的晃蕩模型實(shí)驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)，在實(shí)驗(yàn)過程中將不同比尺模型液艙得到的結(jié)果還原到原型時(shí)，會(huì)與原型實(shí)測結(jié)

2、果之間存在不同程度的偏差，即比尺效應(yīng)。
　　鑒于此，本文通過調(diào)研國內(nèi)外研究進(jìn)展，系統(tǒng)總結(jié)了晃蕩比尺效應(yīng)的實(shí)驗(yàn)研究方法;針對(duì)海洋油氣儲(chǔ)運(yùn)裝備中經(jīng)常采用的GTT薄膜型儲(chǔ)艙，構(gòu)建三個(gè)不同比尺的二維八邊形液艙，并在室內(nèi)開展了三個(gè)液艙之間的晃蕩沖擊比尺效應(yīng)實(shí)驗(yàn)研究。研究給出了詳細(xì)的分析流程，并建立了完善的室內(nèi)半物理仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)。在實(shí)驗(yàn)開始前，通過幾何相似和弗勞德相似對(duì)運(yùn)動(dòng)激勵(lì)、模型液艙、傳感器布置位置和實(shí)驗(yàn)時(shí)間等主要影響因素均進(jìn)行相似縮比。

3、實(shí)驗(yàn)所得晃蕩荷載結(jié)果還原同樣依據(jù)弗勞德相似實(shí)現(xiàn),特別是在長時(shí)間激勵(lì)作用下，實(shí)驗(yàn)引入了數(shù)理統(tǒng)計(jì)方法來處理晃蕩沖擊壓力峰值，并從三個(gè)比尺液艙同一位置的壓力峰值超越概率分布研究了模型實(shí)驗(yàn)與原型實(shí)驗(yàn)之間的比尺效應(yīng)。
　　此次研究以20％低載液率和80％高載液率作為兩個(gè)典型的載液工況，開展了三個(gè)比尺液艙在自由液面共振頻率下，分別受到單次橫蕩沖擊激勵(lì)、長時(shí)間橫蕩和橫搖規(guī)則激勵(lì)作用下的晃蕩沖擊比尺實(shí)驗(yàn)。本文通過對(duì)比分析三個(gè)比尺液艙在同一位置晃蕩

4、沖擊壓力峰值的超越概率分布并結(jié)合相應(yīng)的流場形態(tài)，研究了晃蕩模型實(shí)驗(yàn)與原型實(shí)驗(yàn)之間的比尺效應(yīng)。研究結(jié)果表明:在模型與原型液艙內(nèi)同一位置都出現(xiàn)氣體截留現(xiàn)象時(shí)，將模型實(shí)驗(yàn)在該位置得到的晃蕩荷載根據(jù)弗勞德相似還原到原型后，與原型實(shí)驗(yàn)對(duì)應(yīng)位置的結(jié)果偏差較大;當(dāng)以上兩種液艙內(nèi)同一位置都受到氣液混合流體沖擊時(shí)，模型實(shí)驗(yàn)還原結(jié)果與原型實(shí)驗(yàn)實(shí)測結(jié)果之間的偏差會(huì)有所減小;只有當(dāng)二者都受到不可壓縮純液體沖擊時(shí)，由模型實(shí)驗(yàn)還原后的晃蕩沖擊壓力結(jié)果才能相對(duì)真實(shí)地