基于SPH法的二維液艙晃蕩數(shù)值模擬.pdf

1、液艙晃蕩是一種常見的流體運動現(xiàn)象，通常發(fā)生在部分充滿液體的液艙中。近年來，載液船舶液艙中的液體晃蕩現(xiàn)象已引起人們的深刻關(guān)注，液體晃蕩載荷與效應(yīng)也已成為航行中載液船舶安全性評估的重要內(nèi)容之一。 隨著海上液化天然氣運輸需求的不斷增加，LNG船液艙的晃蕩問題變得更加重要，成為一個重要的研究課題。LNG船的晃蕩誘發(fā)的沖擊壓力作用于容器系統(tǒng)，嚴(yán)重情況下可造成艙壁結(jié)構(gòu)的破壞，當(dāng)液艙與船體運動發(fā)生耦合，將使船體運動加劇甚至傾覆。同時，液艙晃蕩

2、是一個帶自由表面的強非線性力學(xué)問題，采用常規(guī)的勢流理論很難進(jìn)行準(zhǔn)確的計算和預(yù)報。本文探索性的采用SPH法來進(jìn)行液艙晃蕩的數(shù)值模擬，對晃蕩過程中的現(xiàn)象與機理加以研究，具有一定的工程實用價值，在學(xué)術(shù)上也有重要意義。 主要完成了以下工作： 1）作為一種探索性研究，采用經(jīng)典的邊界排斥力法對晃蕩過程中的自由面形狀及流動矢量圖作了算例驗證； 2）運用密度重新初始化方法對SPH法進(jìn)行了修正，使得整個計算域內(nèi)的壓力分布更加規(guī)律；

3、 3）改進(jìn)波高觀測程序，以使計算得到的波高時間歷程更為準(zhǔn)確，并用多層邊界粒子法解決了SPH法中的壓力觀測這一難點； 4）用編寫的壓力觀測程序，對二維矩形液艙的艙壁壓力進(jìn)行了系列計算，并分析了晃蕩現(xiàn)象的機理。 通過上述工作，得到了下面一些結(jié)論： 1）SPH法作為一種無網(wǎng)格方法，是自動捕捉自由液面的，故其在計算帶自由液面的問題上具有其它方法沒有的優(yōu)勢； 2）用SPH法處理二維液艙的晃蕩問題是可實現(xiàn)的；

4、 3）通過經(jīng)典的邊界排斥力法對液艙模型進(jìn)行計算與分析，發(fā)現(xiàn)計算所得到的自由面形狀波高時間歷程與實驗結(jié)果比較吻合，反映了方法的可靠性； 4）本文通過對程序的深入研究和改進(jìn)，發(fā)現(xiàn)所采用的處理SPH法中實現(xiàn)壓力觀測的方法是可行的； 5）低液深時，在非諧振頻率的激勵下得到的液體晃蕩強度，遠(yuǎn)小于諧振頻率時的液體晃蕩強度；而高液深時，在非諧振頻率的激勵下得到的液體晃蕩強度，也小于諧振頻率時的液體晃蕩強度，但是差異不如低液深的