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原文传递液舱晃荡与船舶时域运动全耦合的势粘流组合数值模拟

论文题名：	液舱晃荡与船舶时域运动全耦合的势粘流组合数值模拟
关键词：	液舱晃荡;载液船舶;数值模拟;耦合效应
摘要：	随着人们对海洋中各类能源开发需求的日益增大，在全世界范围内，液化天然气船（LNG）以及液化石油气船（LPG）的开发技术也随之不断发展。此类载液船舶在海洋中航行时，在风浪作用下会产生的多自由度运动响应，其所装载的具有自由液面的液舱，在船舶的多自由度运动响应下，会产生程度不等的液舱晃荡现象。若是海况剧烈，则相应程度的液舱晃荡现象会对舱壁产生强烈的砰击作用，同时，晃荡现象产生的水静压力以及水动力的联合作用下对船舶多自由度运动均有不同程度的影响。此类现象产生的局部结构损坏以及船舶耐波性失衡现象极为突出，因此，液舱晃荡及其所产生的各类效应在工程领域中均不可等闲视之。本文的研究内容侧重于载液船舶在波浪中时域运动的不同类型的数值计算方法的研究及其应用，无论是对理论研究及至实际的工程方面均有较高的应用价值。　　对于纯时域势流组合载液船舶耦合运动数值计算开发，针对载液有航速船舶在波浪上时域运动问题，本文基于有航速三维时域理论，非线性三维时域理论，脉冲响应理论，边界元方法，开发出了基于势流理论全时域耦合非线性液舱晃荡现象的有航速船舶在波浪上运动计算程序。本文对在波浪中运动的S175集装箱船的运动响应进行了全面与系列的数值计算工作。通过与实验数据的比较，验证了无航速载液船舶在波浪上时域运动计算程序的正确性与可靠性。对于加载液舱的S175船舶，分别就不同航速下的来波工况进行了数值计算工作。对于有航速船舶耦合非线性液舱晃荡在波浪中的时域运动的合理的理论分析，证明了数值计算程序的有效性。并且通过对于一艘加载液舱的15000GT集装箱船的横摇运动的数值研究分析工作，为进一步的工程实际应用打下了基础。　　对于势-粘流组合载液船舶耦合运动数值计算开发，本文基于船舶在波浪上的运动理论、三维频域格林函数方法，脉冲响应理论，粘性流理论，有限体积方法，边界元方法，对于零航速与较低航速的船舶与浮式结构物，基于开源 CFD代码OpenFOAM，开发出了高效的求解耦合非线性液舱晃荡现象的无航速船舶与海洋结构物在波浪作用下时域运动计算代码。通过对不同装载深度与来波条件，对装载液舱的LNG船模进行了模型实验研究与数值计算研究，其结果验证了无航速耦合运动计算程序的正确性与可靠性。此代码由于针对于工程界经常面对的载液无航速浮式结构物的时域运动，且实现手段同样偏重于开源代码，实现困难度较小，应用范围面很广，因此具有很高的工程实用价值。　　本文提出的各种载液船舶在波浪上运动的时域计算方法，无论是否计及航速，均能够完整的考虑波浪，船体，非线性液舱晃荡现象之间的耦合作用，能够清晰地显现液舱晃荡现象对船体全局运动特别是横摇运动的影响，具有较高的计算效率的同时反映出了液舱晃荡和船舶运动的耦合效应，通过实际计算验证了其具有良好的工程应用前景。
作者：	李裕龙
专业：	船舶与海洋结构物设计制造
导师：	缪国平
授予学位：	博士
授予学位单位：	上海交通大学
学位年度：	2014
正文语种：	中文