新型多功能油船液货晃荡模拟装置设计

针对油船在恶劣海况航行晃荡所产生的爆炸危险、液货损失和环境污染问题,研制一种新型晃荡模拟平台,将晃荡箱体放置在水中通过液压驱动晃荡,并且实现其自动化控制及数据反馈,更加真实地模拟了实际晃荡情况。经晃荡实验结果表明,该装置具有良好的适用性,对今后液货晃荡实验有一定的应用价值。     

晃荡模拟平台控制系统设计

针对开环控制的晃荡模拟平台在控制功能和控制精度方面存在的问题,根据机电一体化自动控制的思想,主要设计一个晃荡模拟平台的信号输出控制系统,利用PLC直接控制电液比例阀,传感器反馈数据进行自动调节,实现闭环控制。通过晃荡模拟试验结果表明,能够克服当前该装置控制功能单一、控制精度和灵敏度低的缺点,且可以采集相关的实验参数,满足多种复杂晃荡实验的要求,对今后船舶液货舱晃荡实验有重要的指导意义。     

两种运动平台下晃荡冲击荷载的实验研究

由液体晃荡引起的冲击荷载主要与外部激励(激励频率和激励幅值)和装载率相关。大尺度物理模型实验通过运动平台在室内复现液舱的运动,进而实现在室内对储液舱内晃荡载荷的研究。因此,平台的运动能力、运动的精确性对液体冲击载荷的实验结果非常关键。为了研究不同类型运动平台的运动性能及其对储液舱内冲击载荷的影响,文中以大比尺二维矩形舱为模型,分别在单自由度运动平台和六自由度运动平台开展系统的液体晃荡冲击实验。实验结果表明:仅考虑水平运动,单自由度平台的精度要高于六自由度平台;在个别工况下,两个平台下冲击荷载时程和特征值的对比结果出现了一定差别,但是晃荡冲击荷载的整体趋势基本一致。通过评价单自由度和六自由度两种类型的运动平台在液体晃荡研究领域应用的适用性,为大尺度室内晃荡模型实验中运动平台的选择提供参考     

MSC．Dytran在LNG船泵塔结构设计中的应用

液体晃荡问题在工程实践中经常遇到,特别是在船舶领域,随着VLCC、ULCC、LNG、LPG等船舶的出现,晃荡对结构的影响和破坏成为该类船舶设计中必须要考虑的问题。目前晃荡问题的研究方法主要有实验方法和数值方法,这两种方法各有优缺点。利用MSC公司的瞬态动力学软件MSC.Dytran对LNG液舱横摇进行仿真模拟,对舱内泵塔结构进行晃荡载荷分析。旨在为实现大型LNG船泵塔的自主设计提供一种简单有效的方法。     

基于镜像SPH的三维容器液体晃荡研究

基于SPH方法对液体在三维矩形容器中的非线性晃荡问题进行了数值模拟研究。采用镜像粒子边界建立三维模型,成功解决传统SPH方法在容器壁产生缝隙的问题。对横荡和横摇两种容器运动形式进行数值模拟,在液面时间历程、不同时刻液体形态、点压强以及液体晃荡作用力等方面与其他学者的实验研究结果和数值计算结果进行对比验证,表明此三维模型的正确性。     

基于OpenFOAM的船舶与液舱流体晃荡在波浪中时域耦合运动的数值模拟

波浪中载液船舶运动激励舱内液体的晃荡,舱内液体晃荡产生的冲击力同时作用在舱壁上,进而影响船舶的运动姿态。波浪中船体水动力和时延函数是在势流理论范畴下采用切片法和脉冲响应函数方法计算获得的,液舱内液体非线性晃荡是基于粘性流理论实时计算模拟,两者耦合建立了波浪中载液船舶与液舱流体晃荡耦合的运动方程。论文基于开源CFD开发平台OpenFOAM,自主开发实现了船体运动与液舱晃荡的耦合计算程序,并进行了相应的数值模拟计算和验证工作。该方法完整地考虑了波浪、船体和液舱晃荡之间的耦合作用,并结合船体内外流场特点分别采用了势流和粘性流理论,具有较高的计算效率。通过数值模拟计算和模型实验研究表明,数值模拟计算能够清晰显现出液舱晃荡对船体全局运动影响,船体运动计算结果与模型实验结果吻合良好。     

船舶动力装置的节能控制技术研究

针对当前船舶能源的消耗与能源利用装置的系统中,能源能耗的浪费明显增多,且能源的利用率较低,运行成本较高的问题,需要对船舶动力装置的节能控制技术进行研究。当前采用的方法进行船舶动力装置节能控制时,不能有效地提高能源的利用率,降低能源的浪费与经济成本。为此,提出一种基于混合节能的船舶动力装置的节能控制方法。首先对动力装置的运行点进行选择,对船舶航行的费用最低航速以及混合的加热循环热效率进行计算。利用混合节能方法对船舶动力装置的节能控制进行研究,依据动力装置液压的节能思想及其数学模型,对其压力特性进行分析,得出能量的回收状态时,随液压节能控制的优化参数,依据蓄能器能量的回收最大化优化的条件,完成对船舶动力装置的节能控制技术研究。实验的结果表明,利用该方法能有效地降低能源的浪费,提高能源的利用率,节省运行的成本。     

MPS方法模拟三维圆柱形液舱晃荡问题

[目的]为了研究在单自由度横荡激励下,激励频率对液舱晃荡现象的影响,将移动粒子半隐式(MPS)方法应用于水平圆柱形液舱晃荡问题。[方法]基于改进的MPS方法和GPU并行加速技术,课题组将自主开发的无网格粒子法求解器MPSGPU-SJTU应用到三维圆柱形液舱晃荡问题中。首先,进行模型验证,对激励频率为一阶固有频率时的晃荡现象进行模拟。然后,在此基础上进行不同激励频率下的晃荡现象计算,并将激励频率在1.2 Hz的模拟结果与实验结果进行对比。最后,在此基础上模拟不同激励频率下液舱的横荡运动。[结结果]结果显示,MPSGPU-SJTU求解器能够较好地模拟圆柱形液舱内的液体晃荡现象,也能较为精确地计算液舱受力;当激励频率在固有频率附近时,晃荡现象十分剧烈,当远离固有频率时,晃荡会迅速变弱,液舱受力也随之迅速减小。[结论]所得模拟结果能够为圆柱形液舱的设计应用提供有效参考。     

液舱内三维液体非线性晃荡的数值模拟

晃荡是一种非常复杂的非线性液体流动现象,载液船舶的晃荡问题颇受关注,因为在外界的激励下液舱内会产生剧烈的晃荡现象,巨大的晃荡冲击力会造成结构的破坏.文中建立了三维晃荡数学模型及数值计算模型,借助处理自由表面的VOF(volume of fluid)方法对液舱内液体晃荡的自由表面进行追踪,编制程序实现了液舱内三维液体非线性晃荡的数值模拟,并就三维刚性液舱内粘性液体的自由晃荡和强迫晃荡做了分析,讨论了液体不同粘性系数对晃荡的影响.模拟结果证明了三维晃荡理论的可行性.     

基于Level-set法的液体晃荡与弹性液舱耦合作用研究

对基于Level-set法模拟液舱液体晃荡的数值模型进行了改进,实现了对大幅晃荡引起的抨击载荷的模拟.运用水弹性力学理论论述了液体晃荡与弹性液舱耦合作用的分析方法,建立了相应的水弹性力学方程.数值算例与实验结果的比较验证了对抨击载荷模拟的正确性;通过对晃荡载荷引起的结构响应的计算分析,得出一些关于结构响应特性的重要结论.