基于CFD的大型船舶液舱晃荡研究

本文基于黏性流理论,结合VOF方法进行了大型船舶液舱晃荡及制荡问题的数值研究.首先,证明了液舱纵向尺度对于横向晃荡的影响很小,可以用二维模型替代三维模型进行计算以提高效率,且对于特殊的对称液舱布置形式,40％载液率下施加一定周期的外部横摇激励,舷侧舱壁处的液舱晃荡更为剧烈;其次,完成了不同激励周期下的数值计算,结果表明激励周期在1～1.3倍液舱一阶固有周期范围内时液舱晃荡较为剧烈,其中一阶共振时两舱壁处波面升高及受力均达到最大值.此外,研究了不同隔板形式对制荡的影响,发现相同面积下垂向单隔板制荡作用较垂向双隔板和横向双隔板更为优越.最后,进行了实际尺度下的数值模拟,通过结果对比可知,模型尺度下计算得到的各隔板制荡作用弱于实际尺度下的模拟结果,存在一定的"安全裕量",验证了运用相似理论研究液舱晃荡的可行性.     

Experimental Study and Numerical Simulation of Sloshing in VLGC Tanks with Internal Structures

文章对VLGC液舱模型内的晃荡做了数值及试验研究.装在液舱不同位置的5个压力传感器用于测量纵摇情况下晃荡对舱壁的冲击压力.同时建立了计算流体动力学的模型来模拟舱内的晃荡,采用基于RANS控制方程的标准资-着湍流模型,其中VOF法用于追踪自由表面,动网格技术用于更新计算网格.通过与试验压力时间历程的比较,验证了数值方法的有效性;数值研究了没有内部结构及有内部结构情况下的液舱模型,并且讨论了强肋框、水平桁及制荡舱壁对于压力及液舱内液体固有频率的影响.     

三维弹性液舱晃荡数值模拟

文章建立了弹性液舱晃荡的数值计算方法。结构域采用有限元法进行离散,流体域的控制方程则采用有限体积法进行数值离散,结构域和流体域之间通过ALE法实现耦合。文中以31.6万吨VLCC实船的液舱简化模型为研究对象,基于MSC.Dytran对液舱内的晃荡载荷以及与弹性液舱的耦合作用进行了计算。首先将舱壁刚化,晃荡载荷与其它CFD计算结果进行比对,验证了计算方法的可行性及正确性。然后在此方法的基础上,模拟了三维弹性液舱内液体的晃荡,以研究外界激励、装载率等参数变化对晃荡载荷与响应的影响,揭示了弹性液舱内液体的晃荡特性。     

大型LNG船液舱晃荡结构动响应研究(英文)

文章首先采用非线性有限元方法研究了No.96型LNG船液舱围护结构的极限承载能力,详细分析了不同边界条件下的失效模式。然后采用显示积分方法研究了不同晃荡压力峰值和持续时间的晃荡冲击载荷作用下液舱围护系统结构动响应,得到了不同工况下结构的动态失效特性。最后,回归了基于比例极限和突变永久变形的临界压力载荷公式,并给出了液舱围护系统结构设计准则和安全性评估方法建议。     

FLNG结构设计关键技术

随着世界范围内液化天然气需求的预计增长速度将快于液化天然气供应,目前大多数大型石油公司都在投入资源开发FLNG。文章以某型FLNG为例,对FLNG设计开发过程中遇到的关键技术问题进行了研究。对于货物围护系统,提出了薄膜型和SPB型两种货物围护系统方案,从船体总强度、船体结构重量、上部模块支撑问题、围护系统可靠性分析、围护系统的建造检验及维修、围护系统的晃荡问题、船体结构钢级及加热系统等方面对两种方案论证设计要点并比较优缺点,研究确定了适用于本FLNG的货物围护系统为薄膜型双排舱,并详细考虑了晃荡载荷对货物围护系统的影响,提出了确定晃荡载荷的解决方法。本研究成果可以为今后开展FLNG设计提供参考,所提供的设计原则及相应的经验可供相关设计人员借鉴。     

OC4浮式风力机基础压载水晃荡特性数值研究

受到波浪影响,浮式风力机会作6自由度运动,浮式基础内压载水会随之晃荡,进而影响风力机的正常运行。基于开源CFD软件OpenFOAM对OC4浮式风力机基础压载水晃荡进行数值模拟并研究其动力特性,基于指定频率和幅值的强迫激励分析激励频率和基础尺寸对压载水晃荡特性的影响,分析自由液面高程变化和晃荡载荷等参数随激励频率变化的规律。结果表明：晃荡力和波高都在风力机固有周期附近达到最大,并随着激励周期与固有周期偏离的增大而减小;不同立柱间的上柱晃荡力差异主要由压载水速度分量的不同引起,而下柱晃荡力差异主要由压载水流通形成的压载水体积变化引起。减小上柱直径,导致液面面积减小,立柱内压载水的速度分量减小,从而影响晃荡力。     

养殖水舱横摇适鱼性数值分析

养殖水舱作为大型养殖工船鱼类生活繁殖的主要场所,其横摇晃荡对鱼类有重要影响。以全流域适鱼流速作为核心评估指标,通过数值仿真分析,从外部激励、制荡措施、舱室型式等方面对养殖水舱横摇激励下的适鱼性影响情况进行了研究。围绕上述内容,重点探讨了不同参数组合下的流场结构及其抑流和减晃作用机理,并给出了能够指导实践的相关结论。