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基于SPH法的舱内液体晃荡的数值模拟
| 论文题名： | 基于SPH法的舱内液体晃荡的数值模拟 |
| 关键词： | 载液船舶;SPH法;舱内液体晃荡;数值模拟;自由表面;二维矩形容器;防荡隔板 |
| 摘要： | 随着海上液化天然气开采和运输的发展，LNG船日渐广泛的投入设计和使用中，由于是载液船舶，对其晃荡问题的研究也变得非常重要，成为船舶力学研究热点课题。液体在有限域内由自由表面的波动所引起的整个液体的运动称为晃荡。晃荡现象分为自由晃荡和强迫晃荡。液体晃荡的最大特点是存在可自由移动的自由表面。 本文运用了一种较新的纯拉格朗日方法对液体晃荡进行数值模拟，该方法称为光滑粒子流体动力学法，简称SPH。该方法属于无网格法的一种，完全无需对流场进行网格划分，而是将微分方程(组)离散到一系列相互独立的流体质点上，通过解线性方程组求得数值解。由于其粒子特征，SPH方法具有明显的优点：对流项直接通过粒子运动来模拟，完全消除自由界面上的数值发散，保证了自由液面追踪的准确性，且完全不需要网格，免去了网格生成的麻烦，吏避免了网格扭曲与网格重构问题，能够十分方便地模拟具有自由液面大变形的流动问题。 本文详细论述了SPH法基本思想、函数及其导数的SPH积分表示方法，以及函数的SPH法粒子近似，由流体动力学的基本方程建立了SPH法基本方程；对核函数、支持域与影响域等基本概念进行了分析。建立了二维水动力数值模型，自由表面不施加条件，固边界采用固定壁粒子、镜像粒子，压力采用状态方程计算。 文中以二维矩形容器为例，采用SPH法对二维液舱内液体荡问题进行了数值模拟，分别得到了不同液深情况下采用不同振幅、不同周期外激励加载时的粒子分布、压强分布以及流场图，并绘制了不同位置的液面波动曲线，与试验结果进行对比分析后，验证了此法处理晃荡问题的可行性。另外，对加设防荡隔板的容器内晃荡问题进行了模拟，证明了该措施可以有效较小晃荡的强度。 |
| 作者： | 高伟 |
| 专业： | 船舶与海洋结构物设计制造 |
| 导师： | 郭振邦;李大鸣 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 天津大学 |
| 学位年度： | 2009 |
| 正文语种： | 中文 |
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