带渗透孔水平制荡结构的液舱晃荡计算分析
摘 要摘 要随着能源需求量越来越大，更高效的液化天然气（LNG）和液化石油气（LPG）备受人们的关注。近年来越来越多的船厂开始致力于LNG船和LPG船的开发和研究。而随着经济的发展，对液货船的装载能力也提出了更高的要求，但更大的液舱也伴随着更多的危险，其中最具影响的便是液体的晃荡问题。近几十年来，液体晃荡问题正是处于热门时期，世界各国对于晃荡问题普遍进入了更加深入的研究，并且都取得了研究成果，有了重大的突破。本文通过搜集查阅相关文献资料，对液舱晃荡进行数值模拟研究，学习了解VOF法，以及运用软件对有、无隔板，隔板数量多少模拟计算分析晃荡数值，对液舱晃荡问题有了较为直观的认识。在本文中，主要研究内容：查阅相关资料，总结分析国内外带制荡结构的液舱晃荡问题研究现状； (2)分析现有液舱制荡技术，总结归纳制荡结构型式；(3)不同工况下液舱晃荡数值的模拟研究；(4)总结液舱模拟结果，对带渗透孔水平制荡结构的制荡效能进行对比分析。关键词：液舱、晃荡、数值模拟、制荡结构 目 录
第一章 绪论 1
1.1 本文的研究背景和意义 1
1.1.1 研究的背景 1
1.1.2 研究的意义 2
1.2 国内外晃荡问题的研究方法及现状 3
1.2.1 晃荡问题的研究方法 3
1.2.2 国内外晃荡试验的研究现状 5
1.3 本文研究的主要内容 5
第二章 VOF方法 7
2.1 VOF法定义 7
2.2 VOF法基本原理 7
2.3 VOF法的特性 8
2.4 VOF法计算与分析 9
2.5 VOF法总结 10
第三章 液舱内不带隔板的数值与分析 11
3.1 研究对象 11
3.2 研究方法 11
3.3 液舱内的瞬时液面图 11
3.4 液舱内各测压点的压强随时间的变化情况 13
3.4 总结 15
第四章 液舱内带水平制荡隔板的液体晃荡数值模拟 17
4.1 研究对象 17
4.2 研究方法 17
4.3 液舱内的瞬时液面图 17
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: 3_5_1_9_1_6_0_7_2
对象 11
3.2 研究方法 11
3.3 液舱内的瞬时液面图 11
3.4 液舱内各测压点的压强随时间的变化情况 13
3.4 总结 15
第四章 液舱内带水平制荡隔板的液体晃荡数值模拟 17
4.1 研究对象 17
4.2 研究方法 17
4.3 液舱内的瞬时液面图 17
4.4 液舱内各测压点的压强随时间的变化情况 19
4.5 小结 21
4.6 液舱内的瞬时液面图 22
4.7 液舱内各测压点的压强随时间变化曲线 25
4.8 总结 27
总结 29
展望 30
致谢 31
参考文献 33
第一章 绪论
1.1 本文的研究背景和意义
1.1.1 研究的背景
时代在发展，科学在进步，世界经济也随之突飞猛进，近些年来国内外对于液货船的需求正处于急剧上升的阶段。同时，人们对能源的供给需求量也处于快速的发展阶段，如液化天然气（LNG），液化石油气（LPG）等，船舶运输技术的不断提高正源于此。大型的液货船（LNG，LPG，VLCC，FPSO，等），液舱的主尺度不断大型化，其自身拥有较大的棱形或者球形液舱，经过大型化后的LNG船载货量能达到25-35万立方，载货量是之前的两倍还要多。客观的因素，受到吃水深度的限制，所以主要增大液货船液舱的长度和宽度。其在波浪中航行时，会导致液舱内的液体晃荡现象的产生；发生剧烈的晃荡现象会直接导致污染事件发生，造成不必要的海洋污染，载液货船自身存在的不安全因素，备受人们关注，国内外的专家学着们都对此问题极其重视，在未来的载液货船结构设计过程中，如何减小液舱晃荡问题，对船舶造成的影响，是极其重要的。所以，在大型液货船的安全性评估中，晃荡载荷问题已经成为评估的重要内容，如何降低晃荡载荷、加以保证船舶结构的安全，是当今社会急需解决的问题。
液体晃荡是流体运动的一种普遍现象，是指液舱内的液体，当外部液舱受到一个作用力时，内部的液体发生不规则的运动变化。当液舱内完全没有液体即空载时，以及液舱内完全灌满液体即满载时，只有做到以上两种情况时，液舱内流体呈静止状态，所以晃荡现象多出现在不饱和的液舱中。晃荡具有较强的非线性和随机性，行进波、驻波、水跃和组合波是较为常见的液舱晃荡现象。当液舱内液体运动的频率与液舱受到的外部作用力，即外部的激励频率，两个频率值相对较为接近时，会产生共振的现象，随即液舱晃荡的现象将会大幅变强，此时的液舱壁，在严重冲击载荷的作用下，船舶的稳定性很大可能的将被打破，致使船舶不稳定性的产生，更为严重的后果是整个船舶的舱壁结构受到影响，酿成致命的后果，就以上几种情况而言，从船舶的设计要求，船舶的安全运营两方面分析，这种现象都是后果极为严重，甚至不堪设想的。即便是外部作用力很小，即较小的外部激励时，也是会产生很大的作用力，对舱壁结构依旧有威胁，造成严重的后果。晃荡的同时也会强非线性现象，例如造成飞溅，旋涡等现象。综上所述，液舱晃荡问题的研究，对于提升设计载液船舶的水平和保证相关航运的安全性变得十分迫切。
1.1.2 研究的意义
人们对于能源的需求大增，使得VLCC(超大油轮)和FPSO(浮式生产储油轮)的装载量也随之增大，各界对于载液货船的需求量处于逐年递增的势头，如LPG(液化石油气)、LNG(液化天然气)。这类船舶都会遭遇到恶劣的海浪环境从而引起晃荡现象，这是船舶所不可避免的。因此船舶自身不但要经受波浪引起的晃动，还需承受因船舶晃动所产生的液舱内液体的晃荡载荷，和相互之间的耦合；舱壁结构受到液舱晃荡所产生的作用力时，将导致舱壁结构的变形，强烈的瞬态压力作用在舱壁时，会对舱壁结构的局部强度产生影响；船舶舱壁的变形现象，会使晃荡的作用力改变，然后传递到船体，作用力分布的改变同样会影响到船舶的运动。在设计船舶的时候，因为没有经过认真的分析，以及严谨的设计，已经造好的船舶在航行中，液舱内的液体发生不规则的晃荡现象，致使载液货船的稳定性遭到破坏，舱壁结构局部受到损坏而变形，导致了事故的发生，如翻船等重大事故都是发生过的，并且不止一次的发生，这类事件对于我们敲响了警钟，发生此类事故，不仅仅对于我们的生命安全，以及财产造成了不可挽回的损失，翻船导致的大量液体泄漏，更是对于海洋环境造成了不可逆的严重污染。船舶在航行时，发生剧烈的晃荡现象，对于液化气船的储液容器舱壁会造成影响，强大的冲击力会致使舱壁结构的严重变形。同样对于薄膜式LNG船，液舱的内膜受到损坏，或者衬板遭到断裂，都会造成严重的后果。综上所述，处理船舶晃荡问题，是目前应该着力去研究的，完全的解决是不可能的，但是对于不利晃荡，怎样去减小其对船舶造成的危害，是对于增大载液货船运输安全性的保障，有着重大帮助和重要意义的。
近几十年来，液体晃荡问题正是处于热门时期，世界各国对于晃荡问题普遍进入了更加深入的研究，并且都取得了研究成果，有了重大的突破。通过对液舱晃荡的深入研究，便可以减少船舶在航行过程中舱内流体对船舶结构所产生的不利影响，提高船舶的安全性和操作性，降低运营成本，为一个周期内的运营提高利润空间，这也是世界各国争相研究的热点方向。
1.2 国内外晃荡问题的研究方法及现状
1.2.1 晃荡问题的研究方法
对于研究晃荡问题，早期是在核工业领域，以及航空航天领域内进行的，真正在船舶这个领域研究是在80年代后期，在70年代中期开始，晃荡问题逐渐变为这领域内研究的热点问题，尤其是在日本、英国、法国等西方传统的造船大国，在研究晃荡问题上，有不同于其他国家的理论分析和标准，为日后晃荡问题的研究提出了扎实的
第一章 绪论 1
1.1 本文的研究背景和意义 1
1.1.1 研究的背景 1
1.1.2 研究的意义 2
1.2 国内外晃荡问题的研究方法及现状 3
1.2.1 晃荡问题的研究方法 3
1.2.2 国内外晃荡试验的研究现状 5
1.3 本文研究的主要内容 5
第二章 VOF方法 7
2.1 VOF法定义 7
2.2 VOF法基本原理 7
2.3 VOF法的特性 8
2.4 VOF法计算与分析 9
2.5 VOF法总结 10
第三章 液舱内不带隔板的数值与分析 11
3.1 研究对象 11
3.2 研究方法 11
3.3 液舱内的瞬时液面图 11
3.4 液舱内各测压点的压强随时间的变化情况 13
3.4 总结 15
第四章 液舱内带水平制荡隔板的液体晃荡数值模拟 17
4.1 研究对象 17
4.2 研究方法 17
4.3 液舱内的瞬时液面图 17
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: 3_5_1_9_1_6_0_7_2
对象 11
3.2 研究方法 11
3.3 液舱内的瞬时液面图 11
3.4 液舱内各测压点的压强随时间的变化情况 13
3.4 总结 15
第四章 液舱内带水平制荡隔板的液体晃荡数值模拟 17
4.1 研究对象 17
4.2 研究方法 17
4.3 液舱内的瞬时液面图 17
4.4 液舱内各测压点的压强随时间的变化情况 19
4.5 小结 21
4.6 液舱内的瞬时液面图 22
4.7 液舱内各测压点的压强随时间变化曲线 25
4.8 总结 27
总结 29
展望 30
致谢 31
参考文献 33
第一章 绪论
1.1 本文的研究背景和意义
1.1.1 研究的背景
时代在发展，科学在进步，世界经济也随之突飞猛进，近些年来国内外对于液货船的需求正处于急剧上升的阶段。同时，人们对能源的供给需求量也处于快速的发展阶段，如液化天然气（LNG），液化石油气（LPG）等，船舶运输技术的不断提高正源于此。大型的液货船（LNG，LPG，VLCC，FPSO，等），液舱的主尺度不断大型化，其自身拥有较大的棱形或者球形液舱，经过大型化后的LNG船载货量能达到25-35万立方，载货量是之前的两倍还要多。客观的因素，受到吃水深度的限制，所以主要增大液货船液舱的长度和宽度。其在波浪中航行时，会导致液舱内的液体晃荡现象的产生；发生剧烈的晃荡现象会直接导致污染事件发生，造成不必要的海洋污染，载液货船自身存在的不安全因素，备受人们关注，国内外的专家学着们都对此问题极其重视，在未来的载液货船结构设计过程中，如何减小液舱晃荡问题，对船舶造成的影响，是极其重要的。所以，在大型液货船的安全性评估中，晃荡载荷问题已经成为评估的重要内容，如何降低晃荡载荷、加以保证船舶结构的安全，是当今社会急需解决的问题。
液体晃荡是流体运动的一种普遍现象，是指液舱内的液体，当外部液舱受到一个作用力时，内部的液体发生不规则的运动变化。当液舱内完全没有液体即空载时，以及液舱内完全灌满液体即满载时，只有做到以上两种情况时，液舱内流体呈静止状态，所以晃荡现象多出现在不饱和的液舱中。晃荡具有较强的非线性和随机性，行进波、驻波、水跃和组合波是较为常见的液舱晃荡现象。当液舱内液体运动的频率与液舱受到的外部作用力，即外部的激励频率，两个频率值相对较为接近时，会产生共振的现象，随即液舱晃荡的现象将会大幅变强，此时的液舱壁，在严重冲击载荷的作用下，船舶的稳定性很大可能的将被打破，致使船舶不稳定性的产生，更为严重的后果是整个船舶的舱壁结构受到影响，酿成致命的后果，就以上几种情况而言，从船舶的设计要求，船舶的安全运营两方面分析，这种现象都是后果极为严重，甚至不堪设想的。即便是外部作用力很小，即较小的外部激励时，也是会产生很大的作用力，对舱壁结构依旧有威胁，造成严重的后果。晃荡的同时也会强非线性现象，例如造成飞溅，旋涡等现象。综上所述，液舱晃荡问题的研究，对于提升设计载液船舶的水平和保证相关航运的安全性变得十分迫切。
1.1.2 研究的意义
人们对于能源的需求大增，使得VLCC(超大油轮)和FPSO(浮式生产储油轮)的装载量也随之增大，各界对于载液货船的需求量处于逐年递增的势头，如LPG(液化石油气)、LNG(液化天然气)。这类船舶都会遭遇到恶劣的海浪环境从而引起晃荡现象，这是船舶所不可避免的。因此船舶自身不但要经受波浪引起的晃动，还需承受因船舶晃动所产生的液舱内液体的晃荡载荷，和相互之间的耦合；舱壁结构受到液舱晃荡所产生的作用力时，将导致舱壁结构的变形，强烈的瞬态压力作用在舱壁时，会对舱壁结构的局部强度产生影响；船舶舱壁的变形现象，会使晃荡的作用力改变，然后传递到船体，作用力分布的改变同样会影响到船舶的运动。在设计船舶的时候，因为没有经过认真的分析，以及严谨的设计，已经造好的船舶在航行中，液舱内的液体发生不规则的晃荡现象，致使载液货船的稳定性遭到破坏，舱壁结构局部受到损坏而变形，导致了事故的发生，如翻船等重大事故都是发生过的，并且不止一次的发生，这类事件对于我们敲响了警钟，发生此类事故，不仅仅对于我们的生命安全，以及财产造成了不可挽回的损失，翻船导致的大量液体泄漏，更是对于海洋环境造成了不可逆的严重污染。船舶在航行时，发生剧烈的晃荡现象，对于液化气船的储液容器舱壁会造成影响，强大的冲击力会致使舱壁结构的严重变形。同样对于薄膜式LNG船，液舱的内膜受到损坏，或者衬板遭到断裂，都会造成严重的后果。综上所述，处理船舶晃荡问题，是目前应该着力去研究的，完全的解决是不可能的，但是对于不利晃荡，怎样去减小其对船舶造成的危害，是对于增大载液货船运输安全性的保障，有着重大帮助和重要意义的。
近几十年来，液体晃荡问题正是处于热门时期，世界各国对于晃荡问题普遍进入了更加深入的研究，并且都取得了研究成果，有了重大的突破。通过对液舱晃荡的深入研究，便可以减少船舶在航行过程中舱内流体对船舶结构所产生的不利影响，提高船舶的安全性和操作性，降低运营成本，为一个周期内的运营提高利润空间，这也是世界各国争相研究的热点方向。
1.2 国内外晃荡问题的研究方法及现状
1.2.1 晃荡问题的研究方法
对于研究晃荡问题，早期是在核工业领域，以及航空航天领域内进行的，真正在船舶这个领域研究是在80年代后期，在70年代中期开始，晃荡问题逐渐变为这领域内研究的热点问题，尤其是在日本、英国、法国等西方传统的造船大国，在研究晃荡问题上，有不同于其他国家的理论分析和标准，为日后晃荡问题的研究提出了扎实的
版权保护: 本文由 hbsrm.com编辑，转载请保留链接: www.hbsrm.com/jtgc/cbyhy/329.html
