原文传递
波浪联合液舱晃荡作用下的二维浮箱运动响应
| 论文题名： | 波浪联合液舱晃荡作用下的二维浮箱运动响应 |
| 关键词： | 耦合分析;液舱晃荡;瞬时响应函数法;光滑粒子SPH方法;二维浮箱;运动响应 |
| 摘要： | 近年来，随着世界各国对清洁能源需求的日益增加，海上石油、天然气等资源的开采愈加受到重视。在海上石油、天然气的开采和运输过程中，波浪作用下的大型LNG船和FPSO的运动将激发舱内液体的晃荡，而舱内液体晃荡反过来又影响着船舶的运动响应，这种耦合作用往往决定着船舶的运行安全和船舱强度设计。因此波浪激振与液舱晃荡耦合作用下的船舶运动响应成为海洋工程师关心的重要课题。 本文通过物理模型实验和数值模拟方法对该问题进行了研究。模型实验对二维矩形方箱在不同频率规则波入射、舱内不同程度载液等情况下的稳态横摇运动响应规律进行了研究。数值模拟方面，本文建立了一种时域耦合求解方法。浮箱外部的波浪作用采用基于线性势流理论的瞬时响应函数法求解，内部液体晃荡的非线性Navier-Stokes方程则利用光滑粒子法(SPH)求解，并通过船舶运动方程耦合内外流场的相互作用和影响。 通过数值与实验结果的对比研究发现，首先，本文开发的数学模型能有效预测耦合了液体晃荡和波浪激振作用下的二维浮箱运动响应。频时转换瞬时响应函数方法具有计算效率高、稳定性强等优势。SPH方法则可以直接模拟舱内流体大变形运动情况，具有较强的工程应用前景。其次，实验和数值结果均表明，在液舱晃荡影响下，规则波激振下的方箱横摇运动稳态幅值响应算子(RAO）曲线由单峰变成了多峰情况。第一个峰值发生在包括舱内流体在内的方箱系统自振频率附近，而第二个峰值则发生在稍高于但又靠近晃荡液体的最小共振频率附近。第三，当入射波频率接近RAO曲线各峰值频率时，晃荡液体作用于方箱上的力（矩）与波浪激振力（矩）几乎达到90°左右相位差，此时液体晃荡起促进方箱运动作用。而当入射波频接近但不超过晃荡液体的最小自振频率时，上述相位差则达到180°左右，液体晃荡起抑制方箱运动作用。最后，通过在液舱内加入“——”型横隔板发现，横隔板的加入能有效抑制舱内晃荡流体的运动，起到减摇的效果，而对浮箱横荡和升沉方向的运动影响很小。 |
| 作者： | 陈强 |
| 专业： | 港口、海岸及近海工程 |
| 导师： | 滕斌 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 大连理工大学 |
| 学位年度： | 2013 |
| 正文语种： | 中文 |
检索历史
应用推荐
