GPU構(gòu)架下SPH法對(duì)LNG液艙晃蕩及船艏砰擊作用效應(yīng)的研究.pdf

1、隨著液化天然氣(LNG)需求量的不斷增長(zhǎng),LNG運(yùn)輸船的數(shù)量以及液艙的容量都在不斷增加。航行中LNG船舶局部受到海水的砰擊而破壞的威脅也在逐漸增大。此外,由船舶在航行過程中自身的晃蕩以及海水砰擊產(chǎn)生的晃蕩誘導(dǎo)LNG產(chǎn)生的晃蕩沖擊力可能會(huì)導(dǎo)致液艙關(guān)鍵結(jié)構(gòu)的損壞。因此需要對(duì)液艙所受的晃蕩壓力以及船舶外殼所受砰擊壓力進(jìn)行連續(xù)監(jiān)控和動(dòng)態(tài)分析,以防止液化天然氣運(yùn)輸船被擊穿發(fā)生災(zāi)難性的故障。
　　圍繞LNG運(yùn)輸船舶航行過程中出現(xiàn)的問題,本文分

2、別進(jìn)行了物理和數(shù)值模型實(shí)驗(yàn)。數(shù)值模型實(shí)驗(yàn)運(yùn)用 SPH方法實(shí)現(xiàn),通過運(yùn)用新型的邊界條件處理方法很好的解決了傳統(tǒng)SPH方法流體粒子滲透問題和壓力場(chǎng)不穩(wěn)定問題。本文還實(shí)現(xiàn)了SPH方法在GPU上進(jìn)行運(yùn)算,極大的提升了SPH方法數(shù)值模擬的效率。為了研究液艙簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)時(shí)LNG晃蕩幅度的影響因素,設(shè)計(jì)并進(jìn)行的一系列不同工況的物理模型實(shí)驗(yàn)。由實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析可知,液艙簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)時(shí)LNG對(duì)液艙邊壁作用壓力呈現(xiàn)出明顯的雙峰狀態(tài),當(dāng)液艙的晃蕩頻率接近固有頻率時(shí)LNG

3、的晃蕩幅度較大,同時(shí)物理模型實(shí)驗(yàn)結(jié)果對(duì)數(shù)值模擬結(jié)果起到了驗(yàn)證作用。通過對(duì)液艙橫向搖動(dòng)和晃蕩簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的單獨(dú)作用以及組合作用的數(shù)值模擬結(jié)果分析可知,當(dāng)液艙運(yùn)動(dòng)頻率為固有頻率時(shí),單獨(dú)的搖動(dòng)和晃蕩運(yùn)動(dòng)形式引起的液艙內(nèi)部流體對(duì)邊壁的作用力最大;當(dāng)液艙以相同的運(yùn)動(dòng)頻率以及組合相位差為零時(shí),液艙內(nèi)晃蕩流體對(duì)液艙邊壁的作用力相對(duì)最小。最后通過二維和三維數(shù)值模擬實(shí)驗(yàn)對(duì)海水砰擊問題進(jìn)行仔細(xì)的分析,得到了不同時(shí)刻流體的自由表面狀態(tài)、內(nèi)部壓力分布狀態(tài)、內(nèi)部速度