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基于SPH法的二维液舱晃荡数值模拟
| 论文题名： | 基于SPH法的二维液舱晃荡数值模拟 |
| 关键词： | LNG船;液舱晃荡;数值模拟;SPH法 |
| 摘要： | 液舱晃荡是一种常见的流体运动现象，通常发生在部分充满液体的液舱中。近年来，载液船舶液舱中的液体晃荡现象已引起人们的深刻关注，液体晃荡载荷与效应也已成为航行中载液船舶安全性评估的重要内容之一。 随着海上液化天然气运输需求的不断增加，LNG船液舱的晃荡问题变得更加重要，成为一个重要的研究课题。LNG船的晃荡诱发的冲击压力作用于容器系统，严重情况下可造成舱壁结构的破坏，当液舱与船体运动发生耦合，将使船体运动加剧甚至倾覆。同时，液舱晃荡是一个带自由表面的强非线性力学问题，采用常规的势流理论很难进行准确的计算和预报。本文探索性的采用SPH法来进行液舱晃荡的数值模拟，对晃荡过程中的现象与机理加以研究，具有一定的工程实用价值，在学术上也有重要意义。 主要完成了以下工作： 1）作为一种探索性研究，采用经典的边界排斥力法对晃荡过程中的自由面形状及流动矢量图作了算例验证； 2）运用密度重新初始化方法对SPH法进行了修正，使得整个计算域内的压力分布更加规律； 3）改进波高观测程序，以使计算得到的波高时间历程更为准确，并用多层边界粒子法解决了SPH法中的压力观测这一难点； 4）用编写的压力观测程序，对二维矩形液舱的舱壁压力进行了系列计算，并分析了晃荡现象的机理。 通过上述工作，得到了下面一些结论： 1）SPH法作为一种无网格方法，是自动捕捉自由液面的，故其在计算带自由液面的问题上具有其它方法没有的优势； 2）用SPH法处理二维液舱的晃荡问题是可实现的； 3）通过经典的边界排斥力法对液舱模型进行计算与分析，发现计算所得到的自由面形状波高时间历程与实验结果比较吻合，反映了方法的可靠性； 4）本文通过对程序的深入研究和改进，发现所采用的处理SPH法中实现压力观测的方法是可行的； 5）低液深时，在非谐振频率的激励下得到的液体晃荡强度，远小于谐振频率时的液体晃荡强度；而高液深时，在非谐振频率的激励下得到的液体晃荡强度，也小于谐振频率时的液体晃荡强度，但是差异不如低液深的那么明显。 |
| 作者： | 陈正云 |
| 专业： | 船舶与海洋结构物设计制造 |
| 导师： | 朱仁庆 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 江苏科技大学 |
| 学位年度： | 2008 |
| 正文语种： | 中文 |
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