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原文传递独立C型液舱晃荡数值模拟与实验研究

论文题名：	独立C型液舱晃荡数值模拟与实验研究
关键词：	液化天然气加注船;独立C型液舱;晃荡荷载;数值模拟;线性势流理论
摘要：	近年来，随着环境污染的加重以及人们环保意识的提高，LNG作为一种清洁能源，倍受青睐，已成为发展最快的燃料之一。世界上第一艘以LNG为动力的集装箱船“IslaBella”的成功下水，标志着LNG燃料动力船成为未来航运业的发展趋势。LNG燃料船的正常运营离不开LNG的补给，LNG加注船是船用LNG加注设施的重要组成部分，它以投资小、操作方便、机动性强的特点具有广阔的市场需求空间。LNG加注船多采用独立C型液舱，而难以避免的是液舱的部分装载，可能会产生较大的晃荡载荷，对液舱结构甚至船舶的稳性带来不良影响。因此，有必要对独立C型液舱内的液体晃荡进行研究。　　本文针对独立C型液舱的晃荡问题，进行了以下研究工作: 　　(1)基于线性势流理论，建立了求解刚体容器内液体模态的有限元分析模型，求解了C型液舱模型罐内液体在不同载液率下的纵向一阶晃荡固有频率。　　(2)进行了独立C型液舱晃荡模型实验，叙述了实验装置，实验流程和实验工况。提供了不同载液率下，激励频率等于固有频率时监测点的压力历时曲线。对不同载液率、不同激励频率、不同激励幅值下的实验现象进行了描述。　　(3)通过对实验现象的观察，得到:当纵摇频率接近罐体内液体的晃荡固有频率时，晃荡较为剧烈，可能会出现液体冲顶的现象，并可能对罐体顶部产生猛烈的拍击。液位越高，晃荡越剧烈，对罐体产生的拍击越大。　　(4)通过对实验数据的分析，得到:当纵摇频率在0.6-1.4倍纵向一阶晃荡固有频率范围内时，可能产生较大的晃荡载荷;最大的晃荡载荷并不发生在纵摇频率等于固有频率时，而是发生在略微高于固有频率处;当激励频率由低到高接近固有频率时，晃荡载荷的增长基本呈线性;当激励频率超过并远离固有频率时，晃荡载荷迅速衰减，其幅度大于激励频率由低接近固有频率时，晃荡载荷的增长幅度;纵摇的幅度越大，产生的晃荡载荷越大;当纵摇幅值更大时，外部传递给罐体内液体的能量也越大，从而导致能够激发剧烈晃荡的激励频率范围的增大，更为危险。　　(5)基于有限体积法、VOF法和k-epsilon湍流模型，建立了液舱晃荡数值计算模型，研究了区域运动加载方法以及检测点跟踪方法。对Fluent求解方式进行了比较研究，给出了适用于晃荡数值模拟的求解方式。并对模型进行了验证。　　(6)通过模型实验和数值计算结果的结合，得到:晃荡产生的拍击压力主要集中在罐体项部和封头的交界处附近。　　(7)针对独立C型液舱内液体的晃荡，进行了网格独立性研究，给出了网格生成建议，通过模型实验结果验证了晃荡数值计算模型。证明数值计算方法有能力模拟较为剧烈的液体大幅晃荡，适用于液舱晃荡载荷的预报。但对于模拟波浪的破碎，大量水花的飞溅，气液两相的混合，及产生大量气泡的现象还无能为力。
作者：	胡帅
专业：	船舶与海洋结构物设计制造
导师：	林焰
授予学位：	硕士
授予学位单位：	大连理工大学
学位年度：	2015
正文语种：	中文