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(jiàn)的流體運(yùn)動(dòng)現(xiàn)象，通常發(fā)生在部分充滿液體的液艙中。近年來(lái)，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(píng)估的重要內(nèi)容之一。 隨著海上液化天然氣運(yùn)輸需求的不斷增加，LNG船液艙的晃蕩問(wèn)題變得更加重要，成為一個(gè)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(yùn)動(dòng)發(fā)生耦合，將使船體運(yùn)動(dòng)加劇甚至傾覆。同時(shí)，液艙晃蕩

2、是一個(gè)帶自由表面的強(qiáng)非線性力學(xué)問(wèn)題，采用常規(guī)的勢(shì)流理論很難進(jìn)行準(zhǔn)確的計(jì)算和預(yù)報(bào)。本文探索性的采用SPH法來(lái)進(jìn)行液艙晃蕩的數(shù)值模擬，對(duì)晃蕩過(guò)程中的現(xiàn)象與機(jī)理加以研究，具有一定的工程實(shí)用價(jià)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(duì)晃蕩過(guò)程中的自由面形狀及流動(dòng)矢量圖作了算例驗(yàn)證； 2）運(yùn)用密度重新初始化方法對(duì)SPH法進(jìn)行了修正，使得整個(gè)計(jì)算域內(nèi)的壓力分布更加規(guī)律；

3、 3）改進(jìn)波高觀測(cè)程序，以使計(jì)算得到的波高時(shí)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(cè)這一難點(diǎn)； 4）用編寫(xiě)的壓力觀測(cè)程序，對(duì)二維矩形液艙的艙壁壓力進(jìn)行了系列計(jì)算，并分析了晃蕩現(xiàn)象的機(jī)理。 通過(guò)上述工作，得到了下面一些結(jié)論： 1）SPH法作為一種無(wú)網(wǎng)格方法，是自動(dòng)捕捉自由液面的，故其在計(jì)算帶自由液面的問(wèn)題上具有其它方法沒(méi)有的優(yōu)勢(shì)； 2）用SPH法處理二維液艙的晃蕩問(wèn)題是可實(shí)現(xiàn)的；

4、 3）通過(guò)經(jīng)典的邊界排斥力法對(duì)液艙模型進(jìn)行計(jì)算與分析，發(fā)現(xiàn)計(jì)算所得到的自由面形狀波高時(shí)間歷程與實(shí)驗(yàn)結(jié)果比較吻合，反映了方法的可靠性； 4）本文通過(guò)對(duì)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(shí)現(xiàn)壓力觀測(cè)的方法是可行的； 5）低液深時(shí)，在非諧振頻率的激勵(lì)下得到的液體晃蕩強(qiáng)度，遠(yuǎn)小于諧振頻率時(shí)的液體晃蕩強(qiáng)度；而高液深時(shí)，在非諧振頻率的激勵(lì)下得到的液體晃蕩強(qiáng)度，也小于諧振頻率時(shí)的液體晃蕩強(qiáng)度，但是差異不如低液深的