箱體中非線性液體晃蕩現象的數值模擬.pdf

1、隨著石油、天然氣需求的不斷增加，VLCC（超大油輪）、FPSO（浮式生產儲油輪）、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域引起了廣泛的關注。
　　 晃蕩是指部分充滿液體的箱體在外部激振力的作用下產生可移動的自由表（界）面的現象，它是一種非常復雜的流體運動，呈現出很強的非線性和隨機性。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。劇烈的液體晃蕩產生巨大的局部沖擊載荷，嚴重情況下可造成艙壁結構的破壞。為了進行晃蕩載荷作用下的艙壁設計以及保證船舶的穩(wěn)定性，有必要運用數值方法對液體晃蕩現象進行模擬。
　　 本文的主要研究內容有：
　　 （1）對液體晃蕩現象的勢流、粘性流及實驗研究進展進行了系統(tǒng)的回顧，并介紹了自由面模擬的數值方法。
　　 （2）討論了液體晃蕩現象模擬的數值方法，詳細推導了任意拉格朗日歐拉（ALE）有限元法、邊界元法的數值

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，驗證了這三種方法的有效性。
　　 （3）通過運用ALE有限元法、邊界元法對水平激勵下二維矩形箱體液體晃蕩現象的數值模擬，探討了水平擋板、豎直擋板對液體晃蕩現象的影響，并比較了這兩種方法在模擬液體晃蕩現象中的優(yōu)缺點。
　　 （4）基于勢流理論運用邊界元法分別對水平激勵、橫搖激勵下不帶擋板、帶擋板三維矩形箱體液體晃蕩現象進行了數值模擬，并計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、位置對晃蕩現象的影響。
　　 （5）運用VOF法研究了水平激勵、橫搖激勵下三維箱體內劇烈液體晃蕩現象，并對淺水狀態(tài)下的液體晃蕩現象進行了數值模擬。對帶擋板箱體內液體晃蕩現象進行了研究，分析了擋板的類型、尺寸、位置對晃蕩現象的影響。
　　 通過本文的工作得到以下結論：
　　 （1）水平激勵下的液體晃蕩現象，帶水平擋板箱體內波位移瞬時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、擋板箱體內波位移瞬時幅值隨擋板高度增加而減??；相對于水平擋板，豎直擋板是降低晃蕩幅度更加有效的方式。
　　 （2）橫搖激勵下的液體晃蕩現象，帶豎直擋板箱體內波位移瞬時幅值隨擋板高度增加而減??；外部激勵振幅較小時，帶水平擋板箱體內波位移瞬時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，水平擋板并未起到良好的降低波位移瞬時幅值的作用。
　　 （3）水平激勵下帶T型擋板液體晃蕩現象，波位移瞬時幅值隨擋板高