原文传递
基于MPS方法的船舶液舱晃荡数值仿真
| 论文题名： | 基于MPS方法的船舶液舱晃荡数值仿真 |
| 关键词： | 船舶液舱晃荡;移动粒子半隐式方法;流体仿真;船舶稳性;船舶运动 |
| 摘要： | 在船舶运动的外部激励下，部分装载液舱内的液体将产生自由液面的剧烈运动，并对船舶动稳性产生直接影响。移动粒子半隐式（MovingParticleSemi-implicit，MPS）方法作为一种拉格朗日无网格法，在处理大变形自由液面问题时具有独特优势。因此，本文采用MPS方法进行船舶液舱晃荡三维数值仿真。主要工作如下： （1）本文将一系列改进应用于MPS求解器，提高了求解器的计算稳定性和效率。包括使用混合源项的压力泊松方程、使用压缩存储策略的共轭梯度法求解压力泊松方程、使用动态边界条件和使用链表法搜索邻域粒子，构建了本文中进行液舱晃荡数值仿真的求解器。 （2）改进了基于MPS方法进行流体仿真的前处理和后处理过程，可快速生成复杂三维舱室模型的相关粒子模型，并实现了计算数据的可视化。建立了包括前处理、求解器和后处理的船舶液舱晃荡数值仿真流程。通过矩形舱室内液体晃荡的数值仿真，验证了本文所采用的MPS方法的有效性。 （3）基于实船数据进行了船舶舱室内液体晃荡的三维数值仿真，并对液体晃荡导致的舱室内流体动力进行了计算和分析。本文以上海船舶设计研究院提供的三维复杂舱室数据为基础，在考虑实船装载情况下的实船横摇运动，进行三维液舱晃荡数值仿真，计算舱室内流体动力，研究不同晃荡条件下舱室内流体运动规律。 实船舱室内液体晃荡的三维数值仿真结果表明：本文采用的MPS求解器稳定性好，计算效率高，能够较为真实准确地模拟舱室内流体运动。船舶液舱晃荡时，最大晃荡动压强都比相应的静压强大，某些算例的晃荡诱导动压力比静压力甚至会大20%以上；当船舶的横摇周期接近液体晃荡自然周期时，伴随更大的横摇角，剧烈的液舱晃荡将会导致更大的舱壁动压力。通过本文研究，可掌握液舱晃荡时船舶舱室内流体的运动机理，为进一步研究液舱晃荡对船舶动稳性的影响奠定基础，从而对保障人员及船舶的生命财产安全具有重要意义。 |
| 作者： | 钟一平 |
| 专业： | 交通信息工程及控制 |
| 导师： | 孙霄峰 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 大连海事大学 |
| 学位年度： | 2022 |
检索历史
应用推荐
