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.     

三维矩形弹性液舱内液体晃荡数值模拟研究

为了解三维弹性液舱内液体晃荡情况,采用ADINA模拟不同激励频率下液舱内液体的晃荡,将所得的结果与解析解进行对比,得到不同载液率下弹性液舱内液体晃荡特点,得到液舱载液率、外界激励等参数变化对液体自由表面运动及晃荡荷载的影响.     

基于Youngs法的液舱大幅晃荡数值模拟

液舱大幅晃荡一直是船舶水动力学研究的热点问题.文章采用Youngs法重构自由表面,给出了自由表面单元的速度边界条件,并且对液体晃荡中出现的流体翻卷、破碎后出现的流体波面的锋-锋相遇的情况进行了分析和讨论.数值模拟结果表明,Youngs法结合适当的自由表面条件,能够较好地模拟液舱内大幅晃荡中出现的翻卷和破碎的现象.     

液舱内流体晃荡特性数值研究

本文利用VOF法对矩形液舱内液体晃荡进行数值计算。首先对舱内无任何隔板时液体晃荡作了模拟,并与相关文献中的实验结果进行了比较;然后在舱底中间设置一道不同形式的防晃隔板,对液体晃荡进行了计算。从结算结果看,本文提出的方法可以用于分析液舱内液体的运动和载荷,为设计合理的液舱结构形式提供理论依据。     

二维矩形弹性液舱内液体晃荡数值模拟研究

阐述ADINA数学模型及相关数值方法,以二维矩形刚性液舱模型为例模拟液体晃荡,将所得的结果与解析解进行比较,验证该模型的有效性;通过数值模拟,研究二维矩形弹性液舱内的液体晃荡,分析不同刚度、不同频率对液体晃荡自由液面波高运动的影响。     

液体晃荡数值模拟研究综述

诸多工程实际应用往往会涉及到液体晃荡问题.自上世纪50年代以来,人们业已对晃荡问题进行了许多颇有成效的研究工作且取得了丰硕成果.本文仅就液体晃荡的数值研究和进展,尤其是对各类自由液面的追踪技术进行了全面的综述.就目前而言,对晃荡进行数值研究已有数种方法可供选用,但具体采用何种方法,必须根据实际问题的特点而定,因为每种方法各有其优缺点.今后的研究工作重点应针对大幅晃荡,发展更为有效的方法以便更好地模拟自由液面的翻卷、破碎及合并和计算晃荡的瞬时冲击载荷.     

基于VOF法的不同形状液舱晃荡数值模拟

以水下航行器水平液舱内的液体晃荡问题为研究对象,基于VOF方法建立二维水平液舱数值模型,研究不同外部激励对液舱晃荡造成的响应。通过仿真计算2种特殊工况下自由液面的晃荡状态,分析数值仿真模拟和文献结果的误差,证明了模型计算的精确性。在矩形液舱计算的基础上,进一步对和海洋工程实际形状类似的半圆-矩形液舱进行模拟分析。通过计算分析各个影响参数对液舱晃荡的影响,得到压载水舱内的波高历时曲线以及舱壁上某监测点处的压力时间曲线。数值模拟计算的结果误差较小,为减小晃荡对水下航行器的影响提供了理论依据。     

弹性液舱液体晃荡数值模拟

以流体的连续方程、N-S方程与结构动力学方程为控制方程,利用动力学软件ANSYS14.0,模拟二维矩形液舱与三维棱形液舱液体晃荡现象,用VC++语言编写矩形舱壁变形运动的响应程序,分析二维矩形液舱舱壁变形对晃荡压强的影响;利用System Coupling模块实现三维棱形弹性液舱晃荡的双向耦合;通过提取监测点处压强,对比压强的时间历程,分析了不同板厚、不同材质对晃荡载荷的影响及不同监测点处压强变化特点。     

各种激励作用下液舱内液体晃荡的计算与分析

在建立描述流体运动的基本方程及其边界条件的基础上,基于VOF法得到液体晃荡运动的数值计算模型,讨论各种激励作用下刚性液舱内的液体晃荡,并计算分析作用于液舱的晃荡载荷.     

基于FPM的液舱晃荡研究

随着液舱晃荡运动机理的研究深入,舱内液体运动响应和自由液面波形精细模拟成为研究的重点。本文应用无网格方法中的FPM(Finite Point Method)来对液舱晃荡中的动边界及自由液面大变形等问题进行数值求解和图像模拟。以二维液舱晃荡为例,校核运动边界与内部流体粒子点间的运动响应,得到FPM对于边界所受砰击力和内部兴波波高的计算结果以及自由液面模拟图像。将计算结果进行无因次化处理,通过与试验结果进行比对,验证了FPM在液舱晃荡问题中应用的可行性和准确性,也为FPM解决三维复杂液舱晃荡问题中提供铺垫。     

Numerical simulation of viscous liquid sloshing by moving-particle semi-implicit method

A meshless numerical simulation method, the moving-particle semi-implicit method （MPS） is presented in this paper to study the sloshing phenomenon in ocean and naval engineering. As a meshless method, MPS uses particles to replace the mesh in traditional methods, the governing equations are discretized by virtue of the relationship of particles, and the Poisson equation of pressure is solved by incomplete Cholesky conjugate gradient method （ICCG）, the free surface is tracked by the change of numerical density. A numerical experiment of viscous liquid sloshing tank was presented and compared with the result got by the difference method with the VOF, and an additional modification step was added to make the simulation more stable. The results show that the MPS method is suitable for the simulation of viscous liquid sloshing, with the advantage in arranging the particles easily, especially on some complex curved surface.     

Numerical simulation of 2D and 3D sloshing waves in a regularly and randomly excited container

In this paper,various aspects of the 2D and 3D nonlinear liquid sloshing problems in vertically excited containers have been studied numerically along with the help of a modified-transformation.Based on this new numerical algorithm,a numerical study on a regularly and randomly excited container in vertical direction was conducted utilizing four different cases： The first case was performed utilizing a 2D container with regular excitations.The next case examined a regularly excited 3D container with two different initial conditions for the liquid free surface,and finally,3D container with random excitation in the vertical direction.A grid independence study was performed along with a series of validation tests.An iteration error estimation method was used to stop the iterative solver（used for solving the discretized governing equations in the computational domain） upon reaching steady state of results at each time step.In the present case,this method was found to produce quite accurate results and to be more time efficient as compared to other conventional stopping procedures for iterative solvers.The results were validated with benchmark results.The wave elevation time history,phase plane diagram and surface plots represent the wave nonlinearity during its motion.     

液舱内不同结构形式对晃荡的影响分析

采用光滑粒子水动力学法( SPH)对二维晃荡问题进行了计算和分析.研究了“I”型和“T”型2种结构形式对矩形液舱内液体晃荡的抑制效果.通过对不同隔板尺寸的对比研究,得到了隔板高度和宽度对晃荡的影响作用.数值分析结果表明,“I”型和“T”型种防晃结构在高度为水深的60％～80％时具有很好的防晃效果.对于“T”型防晃结构,...     

液舱内大幅晃荡引起的压强预报

本文基于流体体积(VOF)法就部分装载液体的液舱内的晃荡压强进行了二维数值计算.为了模拟大幅晃荡引起的冲击压强,重点对数值计算较为敏感的速度边界条件进行了数值处理.通过对某一矩形液舱内的液体晃荡的计算,得到了自由表面位置和压强的时间历经曲线.计算结果同实验值的比较显示:本方法可以用于计算预报大幅晃荡引起的载荷.     

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。     

基于ALE有限元法二维液体晃荡的数值模拟

随着各类液货船的不断增加,晃荡现象在船舶与海洋工程领域引起了广泛的关注.文章从不可压粘性流体的N-S方程组出发,运用任意拉格朗日(ALE)有限元法对水平激励下的二维液体晃荡现象进行了数值模拟.首先通过计算值与解析解的比较,验证了数值方法的有效性,进而分析了激励振幅、激励频率对晃荡现象的影响,最后计算了作用于壁面上的力和力矩.     

Numerical simulation of violent sloshing by a CIP-based method

In this article, a new computational fluid dynamics simulation approach based on the constraint interpolation profile (CIP) method is applied to tackle the violent sloshing problem. The present study considers two-dimensional sloshing phenomena in a rectangular tank. By the proposed method, the sloshing problem is viewed as a multiphase problem that includes water and air flows. A stationary Cartesian grid is used and the free surface is solved by an interface capturing method. The CIP combined unified procedure (CCUP) scheme was adopted for the flow solver, and both the CIP scheme and the CIP conservative semi-Lagrangian with cubic interpolation polynomial (CIP-CSL3) scheme were used for interface capturing. For validation of the numerical method, a physical experiment was conducted with a rectangular tank for several frequencies and filling heights. A convergence check was first performed for the method. The numerical simulation results on violent sloshing show that the use of the CIP-CSL3 scheme as an interface capturing procedure gives much better results for the pressures and free-surface profiles than the conventional CIP scheme.     

船载液化矿粉晃荡特性的数值仿真与实验研究

近年来,以镍矿粉为代表的易流态化货物在海上运输中由于矿粉随船舶持续晃荡形成液化流动导致沉船的事故时有发生。本文首先基于常见船舱结构尺寸建立三维船载液化矿粉数值模型,然后利用高性能计算机和CFD软件Fluent模拟分析数个周期内矿粉随船舱横摇时的运动变化规律,并对更长时间内矿粉货物受晃荡影响产生单侧堆积现象加剧趋势进行模拟分析。此外,通过室内小比例模型进一步考察研究液化矿粉晃荡的形成过程,并通过实验数据和对应小比例数值模型计算结果的对比,对研究手段和数据的准确性进行相互验证。研究结果旨在为矿粉货物的远洋运输安全和相关沉船成因分析提供依据和参考。     

基于全时域势流理论的船舶与液舱晃荡耦合运动的数值计算

基于三维线性有航速时域势流理论计算船体时域运动外域波浪力,同时采用三维全非线性时域势流理论来计算舱内液体的非线性晃荡所诱导力与力矩,进而建立了波浪中载液船舶耦合运动方程。该方法能够完整地考虑波浪、船体和液舱晃荡之间的实时耦合作用。研究结果表明:通过模型实验和数值模拟计算的对比,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,无航速船体运动RAO与模型实验结果吻合良好,有航速运动计算合乎预期。