LNG船薄膜型液舱晃荡条件下的数值模拟以及受力情况研究

建立描述晃荡条件下液货舱的运动数学模型,对薄膜型液舱在晃荡条件下的受力情况进行研究分析.通过与实验结果的对照,验证了模型的正确性.针对晃荡周期这个主要影响因素,研究薄膜型液舱的受力和内部波形变化等,从而确定所研究液舱的充满度限制条件;研究新的薄膜型液舱型式下对晃荡的敏感性程度,得到双列结构的液舱有效地降低了晃荡的冲击影响,有利于LNG船的安全运行.     

基于SPH法的二维液体大幅晃荡数值模拟

随着海上液化天然气的开采和卸载的发展,LNG船部分充满舱的晃荡问题变得非常重要,成为船舶力学研究热点课题.文中采用光滑质点水动力学方法对二维液舱内液体大幅晃荡问题进行了数值模拟.将计算得到的波面图与试验结果进行了对比,吻合较好,验证了此法处理大幅晃荡问题的可行性.     

大型LNG船液舱晃荡载荷及响应模型试验研究

液舱晃荡是大型液化天然气船液舱设计中的重要问题之一,具有强非线性和离散性,很难确定其载荷值.为了研究大型液化天然气船液舱晃荡冲击载荷及其对结构的响应,文章开展了典型菱形液舱的三维晃荡模型试验,获得了大型LNG船液舱在各种运动模式下的流体拍击舱壁的冲击载荷特性以及液舱围护系统结构在晃荡冲击载荷作用下的动响应特征.     

计及弹性支撑效应的独立液舱晃荡数值分析研究

文章针对弹性支撑结构作用下的液舱晃荡问题,采用基于Hilber-Hughes-Taylor(HHT)格式的隐式直接积分法求解液舱运动,应用VOF法求解流体晃荡,并结合部分单元参数的概念处理棱形液舱边界,建立了液舱运动与流体晃荡双向耦合迭代算法。以独立液舱为研究对象,通过耦合求解弹性支撑液舱晃荡,并与非弹性支撑液舱晃荡进行比较,分析了在不同刚度的弹性支撑结构作用下液舱液体运动及晃荡载荷的变化规律。该文建立的分析方法为含弹性支撑的独立液舱晃荡载荷预报提供了一种快速、有效的分析手段。     

LNG船液舱晃荡的数值模拟

随着海上液化天然气开采和卸载的发展，LNG船非充满舱的晃荡问题已成为一个重要的研究课题。基于流体体积（VOF）法描述晃荡流场的自由面，结合动网格技术，建立了适合不同几何形状的液舱晃荡数值模拟的计算方法。首先针对二维矩形舱和三维立方体舱及薄膜型舱进行了计算，并将相关的横向力、波高和压力曲线与试验结果作对比，吻合较好，验证了此法的可行性和有效性。然后，对三种不同类型的LNG液舱模型（球形舱、圆柱形舱和薄膜型舱）分别进行了系统的晃荡数值计算与分析，将三者的力、力矩、压力计算结果以及自由液面形状进行了比较分析。结果表明，三种液舱模型在晃荡过程中的结果和现象十分类似，通过对液舱在晃荡过程中的受力和舱室容积的综合衡量，作为一种LNG船的新型舱室，圆柱形舱室是很有发展前景的。     

基于标记点法(MAC)的散货船舱室晃荡强度分析

简要介绍了液舱晃荡分析的几种方法及优缺点.根据散货船舱室液舱晃荡强度分析的特点,基于标记点法(MAC)的基本原理,介绍了一种快捷、有效、实用的舱室二维晃荡分析方法,并以部分装载压载水的货舱为例,对舱壁构件的晃荡强度进行了评估.     

FSRU船舶运动与液舱晃荡的耦合分析

文中基于线性势流理论,对规则波中带液舱的FSRU船舶进行运动响应分析,考虑液舱晃荡与船体运动的耦合,得到6个自由度下的水动力系数和运动响应理论值.同时应用由BV开发的高效率水动力分析软件Hydro STAR,研究考虑液舱晃荡时FSRU运动响应,求得各自由度运动响应算子RAO.最后,比较了考虑液舱晃荡与不考虑液舱晃荡时,FSRU运动响应的变化;在此基础之上讨论了液舱载液率和液舱布置对FSRU运动的影响.     

大型LNG船液舱晃荡载荷数值预报和模型试验比较

大型LNG船液舱晃荡冲击载荷的合理预报是液舱结构安全性设计和评估的基础。针对部分装载的LNG船液舱的晃荡载荷开展数值预报方法研究,建立了合理的数值模型和计算方案。通过典型菱形液舱的三维晃荡模型试验,获得LNG液舱在各种运动模式下流体拍击舱壁的冲击载荷特性。在数值计算和对比分析中,首先对舱内液体在各种运动模式下的晃荡固有频率进行了搜索,然后在各个固有频率下进行了变幅值激励和耦合运动激励下的冲击压力计算,得到了不利运动工况下的冲击压力预报结果。数值模拟结果与模型试验结果的比较表明,提出的液舱晃荡数值计算方法能够合理地预报大型LNG船液舱晃荡载荷特征。在此基础上,对各种载液水平和运动模式下大型LNG船液舱内壁的压力分布进行了详细计算,可供液舱围护系统结构设计和安全性评估参考。     

基于Level-set法的液舱液体晃荡数值模拟

船舶液舱中液体晃荡现象已引起人们的深刻关注,液体晃荡载荷与效应成为航行中载液船舶安全性评估的重要内容之一.该文基于Level-set法,对一矩形液舱的两种工况下舱内的液体晃荡进行了数值模拟.通过计算,得到了液面起伏和压强的时间历经,结果显示Level-set方法可有效地模拟液体晃荡问题.     

独立B型LNG船液舱晃荡强度分析方法

为了保证液舱舱容大且无装载限制的新型独立B型LNG船在晃荡载荷下的强度满足使用要求,提出液舱结构晃荡强度直接分析方法.采用规范公式确定液舱晃荡载荷,根据该方法对液舱模型进行粗网格分析,进行典型区域横摇工况下超出应力许用值的精细网格分析.结果表明,该方法可以对独立液舱晃荡强度进行有效评估,其中的精细网格计算结果可真实反映高应力梯度区域的应力情况.分析结果可为液舱晃荡强度评估、液舱结构优化以及同类LNG船的设计开发提供参考.     

采用耦合有限元、边界元方法的矩形储液舱中液体晃荡数值仿真(英文)

Sloshing of liquid can increase the dynamic pressure on the storage sidewalls and bottom in tanker ships and LNG careers. Different geometric shapes were suggested for storage tank to minimize the sloshing pressure on tank perimeter. In this research, a numerical code was developed to model liquid sloshing in a rectangular partially filled tank. Assuming the fluid to be inviscid, Laplace equation and nonlinear free surface boundary conditions are solved using coupled FEM-BEM. The code performance for sloshing modeling is validated against available data. To minimize the sloshing pressure on tank perimeter, rectangular tanks with specific volumes and different aspect ratios were investigated and the best aspect ratios were suggested. The results showed that the rectangular tank with suggested aspect ratios, not only has a maximum surrounded tank volume to the constant available volume, but also reduces the sloshing pressure efficiently.     

晃荡载荷下No96型LNG船绝缘系统的缓冲效应

晃荡载荷作用下船体结构的局部强度校核,对保证LNG船营运安全非常重要。由于将液舱晃荡载荷等效到船体结构上可以极大程度提高局部强度校核的工作效率,本文以缓冲系数反映绝缘系统的缓冲效应,针对三艘LNG船展开分析,在对简化建模方法进一步讨论的基础上,通过计算得到了目标船绝缘系统在横摇和纵摇工况下的缓冲系数,研究成果可为相似规格,相近结构的LNG船晃荡强度校核提供参考。     

Comparative assessment of liquid sloshing in dry and wet storage tank of floating offshore platform

In order to explore the characteristics of the single-layer liquid sloshing in offshore dry oil storage tank and the two-layer liquid sloshing in offshore wet oil storage tank, two series of experiments were carried out: one was free surface sloshing in a closed rectangular tank partially filled with colored water, and the other was interfacial sloshing in the identical tank but completely filled with white oil and colored water. The tank was mounted on a shake table and was subjected to harmonic horizontal excitation with different excitation amplitudes and a wide range of excitation frequencies, including the first seven natural modes of single-layer or two-layer liquid system. The present study find that the frequency responses of interfacial sloshing wave are analogous to those of the free surface sloshing wave, but smaller in amplitudes. The experiments also produce results that are unique to the two-layer liquid sloshing. For example, when the external excitation frequency is equal to or close to the odd mode natural frequency of two-layer liquid system, a complicated three-dimensional (3D) gravity-capillary wave might be generated at the oil-water interface. Finally, the comparisons of free surface and interfacial sloshing in the viscous damping ratio, higher sloshing modes, impact pressure amplitude and mass center displacement were conducted, which revealed the superiority of wet storage technology in structural safety and dynamic stability.     

频域范围内液舱晃荡对FLNG运动影响的研究

FLNG是一种新型的浮式海洋结构物,其外形与FPSO相似并配备天然气的液化装置以及LNC储罐.FLNG概念的出现使得海上边际油气的开发不再依赖于长距离的管道运输,从而节约了此类油气田的开发成本.文中基于WADAM并针对液舱晃荡与船体运动之间的相互影响进行了频域范围内的研究,在研究过程中将液舱内湿表面包含于船体外湿表面中从而形成一个统一的边界表面.通过计算得出考虑液舱晃荡与忽略液舱晃荡两种情况下的六自由度运动的RAO.对于两种情况下的计算结果进行分析研究,从而得到液舱晃荡对船体运动影响的重要规律.     

薄膜型LNG液舱晃荡压力与结构响应试验

影响薄膜型LNG船大型化的一个关键问题是严重的液舱晃荡冲击压力以及由此引起的复杂和危险的结构动响应,至今模型试验是研究此类问题的最重要的方法。本文以某大型LNG船尺度较大和运动较剧烈的2号液舱为研究对象,设计了精细的三维晃荡试验模型,通过不同载液水平的系列规则和不规则运动激励的晃荡试验研究晃荡冲击压力特性;基于薄膜型液舱围护系统结构性能计算结果,设计四边简支铜板格分析液舱围护系统结构弹性效应;另外,还利用浪高仪测量液舱波面运动情况。试验结果表明不论规则运动激励,还是不规则运动激励,晃荡冲击压力幅值均表现出明显的随机性,工况可能产生远大于单自由度运动工况的晃荡冲击压力。晃荡冲击压力、应力和波面测量结果可为验证晃荡数值方法和液舱围护系统结构设计提供依据。     

Ship motion-sloshing interaction using a field method

Even in relatively calm waters, low amplitude wave-induced motions of an LNG carrier may induce large amplitude liquid sloshing inside the ship's partially filled tanks, and the interaction between ship motions and sloshing may affect the ship's seekeeping properties. A computational procedure, here referred to as the RANS-RANS method, was developed to account for this interaction, and this method was then employed to predict the free surface flow inside the tanks and the corresponding motions of the ship in regular head and beam waves. This method coupled a compressible VoF technique with a generic wave generation and absorption scheme to obtain wave-induced ship motions with and without considering the effects of sloshing in the ship's tanks. Systematic grid studies were performed to obtain a sufficiently fine grid needed to yield converging predictions. The resulting wave patterns, ship motions, and internal sloshing elevations were compared with results obtained from a computational method, here referred to as the RANS-BEM method, that relied on a boundary element method to obtain ship motions. This RANS-RANS method was validated against model test measurements.