危化品罐车液体晃动动力学特性数值模拟(附件)
由于危化品罐车区别于其它车辆的特殊性，针对危化品罐车在实际工况运行中存在的行驶稳定性隐患影响因素，研究其在特定仿真工况状态下液罐中的流体介质在横向晃动时对罐体侧面所产生的影响显得至关重要，并且具有巨大的理论和实用价值。本课题以经过假设和简化的危化品罐车罐体模型为研究对象，利用FLUENT流场分析软件，通过选用基于压力的求解器、VOF模型和标准湍流模型等，利用几何重构法进行流体的非稳态流动对模型对象瞬时影响的仿真模拟过程。在迭代计算过程中，导出预先设定的特定区域上的压力、湍流动能和流动速度等数据文件，最终通过对数据的处理和比对，得出流体横向运动对罐体侧面的作用结论。关键词 危化品罐车，横向晃动，动力学特性，湍流动能，多相流模型
目录
1 绪论 1
1.1 选题背景及意义 1
1.2 国内外研究现状 1
1.3 论文研究内容 3
2 GAMBIT和FLUENT软件介绍 3
2.1 GAMBIT软件简介 3
2.2 FLUENT软件简介 6
3 罐车建模与边界条件确定 7
3.1 液罐模型的简化 7
3.2 液罐模型的建立 8
3.3 液罐模型的网格划分和边界条件 9
4 FLUENT求解器设置及仿真确定 10
4.1 仿真工况的确定 10
4.2 液罐车侧翻阈值 10
4.3 流体运动控制方程 11
4.4 VOF求解器设置 12
5 液体横向晃动动力学分析 16
5.1 流体速度宏观分析 16
5.2 流体湍动宏观分析 17
5.3 不同侧向加速度分析 18
5.4 不同数量防波板分析 20
5.5 不同比例充液比分析 21
结论 23
致谢 24
参考文献 25
附录 27
1 绪论
1.1 选题背景及意义
随着我国汽车产业的高速发展，罐车运输由于其便捷高效的特点，已经成为危化品运输的主要方式。但是，由于罐车本身具有质心高、惯性大的特点，且运输货物（液体） *好棒文|www.hbsrm.com +Q: #351916072#
运动为非稳态，罐车在复杂工况例如紧急转向、行驶在崎岖道路等状态下，罐车更容易发生摆振甚至侧翻，从而引发事故伤亡和损失。在罐式汽车中，晃动的液体货物和罐车之间存在相互作用，液体的晃动是罐车一个容易忽略的干扰源。所以，针对危化品罐车的纵向稳定性、横向稳定性、液体晃动理论的研究对罐车安全行驶，避免交通事故和财产损失具有重大的意义。
图11危化品罐车实物图
罐车作为液体或液化气体危化品运输的主要工具，由于其自身区别于其他车辆的不同之处以及运载货物的危险性，面对危化品罐车一旦发生事故所造成的严重财产损失、人员伤亡以及环境污染的严酷后果，本课题针对危化品罐车液体晃动动力学特性数值模拟的分析与研究具有重大的意义。
通过本课题的研究能够为危化品罐车发生侧翻等事故的杜绝、罐车驾驶人员的安全操控、罐车的有效优化改进提供重要数据，从而实现本课题的工程价值。
1.2 国内外研究现状
幅度较小的液体晃动对罐车行驶的稳定性影响较小也比较容易分析和研究，出现参数振谐和振幅跳跃等具有较强非线性的运动形态对罐车行驶稳定性的影响较大。有关液体晃动影响的研究方法不唯一，从早期的理论研究法到实验研究法再到如今的数值研究法，研究方法逐渐变得便捷和准确。
1.2.1 国外研究现状
国外对液体晃动动力学方面的相关研究起步较早，早在20世纪五十年代便有了最初的奠基石，而国内在此方面的研究起步较晚，但发展至今，针对罐车液体晃动对罐车纵向稳定性的影响国内外均已经取得了很多具有工程意义的研究成果。
1958年，Moiseev就利用特征函数进行了液罐中液体的非线性晃动的研究[2]。
1974年，为了探究因液体晃动引起的具有刚性特点的液罐中的能量消耗，Welt运用了一种潜在流动模型[3]。
1987年，在水平激励的情况时，Komatus第一次建立了Lagrange函数，研究了液体在理想罐体中的非线性振荡问题[4] 。
1993年，Popov在设定特殊边界后，通过改变标记点的方法，探究了液体在圆柱形容器中的动力学特性[5]。
Rumold利用体积法，汽车在恒定制动力矩作用下，研究了双轮、双矩形车箱罐车在非满载情况下的制动特性[6]。
Kang等人为了在研究液体晃动对罐车在转向或制动工况下的影响更加有效，便采用了一种三维的准静态模型来实现探究过程的便捷性 [7]。
1.2.2国内研究现状
1992年，王占歧等人通过建立相匹配的数学模型，针对性研究了使用参数以及结构对罐车制动性能的相关影响，研究结果显示了罐内安装双隔板最佳位置，并得到了制动效果同防波板均分罐体长度的程度的关系。
2001到2003年，科学家在罐车稳定性方面取得了很多的跨越，通过建立不同模型和计算仿真，得出了更加贴合实际也更加具有参考价值的结论。
2009年，康宁、刘奎在研究汽车制动时罐车内液体的振荡方面，在计算的方式上选择了VOF算法进行了计算模拟。
2013年，胡晓明等人为了达成研究罐体内液体的横向晃动问题的分析目的，采用潜在流动理论建立了液体晃动的控制方程[8]。
2014年，赵树恩等人基于多相流模型，运用VOF算法对罐内液体的晃动动力学特性进行了数值模拟，分析了防波板数量、液罐液体体积占比、侧向加速度等方面对其的影响[9]。
2016年，岳宝增,唐勇在研究液体晃动动力学特性方面，研究了在球形贮箱中大幅度晃动的数值模拟。
由罐车行驶稳定性方面的研究历程来看，液体纵向晃动以及罐车制动稳定性的研究已经趋于成熟阶段，而液体横向晃动尤其是非线性运动形态对罐车侧向稳定性影响的研究仍然在迫切需求和逐渐发展阶段。并且伴随计算机仿真技术的发展，数值研究法是研究危化品罐车液体晃动动力学特性的首选方式。现阶段，数值研究法由于其方便、快捷、接近实际工况的特点，逐渐应用广泛。采用计算机仿真的数值研究法，对研究过程中的各种资源需求较少并且计算效率高。因此，本课题对罐车液体晃动的动力学特性研究也将采用计算机仿真的数值研究方法。
目录
1 绪论 1
1.1 选题背景及意义 1
1.2 国内外研究现状 1
1.3 论文研究内容 3
2 GAMBIT和FLUENT软件介绍 3
2.1 GAMBIT软件简介 3
2.2 FLUENT软件简介 6
3 罐车建模与边界条件确定 7
3.1 液罐模型的简化 7
3.2 液罐模型的建立 8
3.3 液罐模型的网格划分和边界条件 9
4 FLUENT求解器设置及仿真确定 10
4.1 仿真工况的确定 10
4.2 液罐车侧翻阈值 10
4.3 流体运动控制方程 11
4.4 VOF求解器设置 12
5 液体横向晃动动力学分析 16
5.1 流体速度宏观分析 16
5.2 流体湍动宏观分析 17
5.3 不同侧向加速度分析 18
5.4 不同数量防波板分析 20
5.5 不同比例充液比分析 21
结论 23
致谢 24
参考文献 25
附录 27
1 绪论
1.1 选题背景及意义
随着我国汽车产业的高速发展，罐车运输由于其便捷高效的特点，已经成为危化品运输的主要方式。但是，由于罐车本身具有质心高、惯性大的特点，且运输货物（液体） *好棒文|www.hbsrm.com +Q: #351916072#
运动为非稳态，罐车在复杂工况例如紧急转向、行驶在崎岖道路等状态下，罐车更容易发生摆振甚至侧翻，从而引发事故伤亡和损失。在罐式汽车中，晃动的液体货物和罐车之间存在相互作用，液体的晃动是罐车一个容易忽略的干扰源。所以，针对危化品罐车的纵向稳定性、横向稳定性、液体晃动理论的研究对罐车安全行驶，避免交通事故和财产损失具有重大的意义。
图11危化品罐车实物图
罐车作为液体或液化气体危化品运输的主要工具，由于其自身区别于其他车辆的不同之处以及运载货物的危险性，面对危化品罐车一旦发生事故所造成的严重财产损失、人员伤亡以及环境污染的严酷后果，本课题针对危化品罐车液体晃动动力学特性数值模拟的分析与研究具有重大的意义。
通过本课题的研究能够为危化品罐车发生侧翻等事故的杜绝、罐车驾驶人员的安全操控、罐车的有效优化改进提供重要数据，从而实现本课题的工程价值。
1.2 国内外研究现状
幅度较小的液体晃动对罐车行驶的稳定性影响较小也比较容易分析和研究，出现参数振谐和振幅跳跃等具有较强非线性的运动形态对罐车行驶稳定性的影响较大。有关液体晃动影响的研究方法不唯一，从早期的理论研究法到实验研究法再到如今的数值研究法，研究方法逐渐变得便捷和准确。
1.2.1 国外研究现状
国外对液体晃动动力学方面的相关研究起步较早，早在20世纪五十年代便有了最初的奠基石，而国内在此方面的研究起步较晚，但发展至今，针对罐车液体晃动对罐车纵向稳定性的影响国内外均已经取得了很多具有工程意义的研究成果。
1958年，Moiseev就利用特征函数进行了液罐中液体的非线性晃动的研究[2]。
1974年，为了探究因液体晃动引起的具有刚性特点的液罐中的能量消耗，Welt运用了一种潜在流动模型[3]。
1987年，在水平激励的情况时，Komatus第一次建立了Lagrange函数，研究了液体在理想罐体中的非线性振荡问题[4] 。
1993年，Popov在设定特殊边界后，通过改变标记点的方法，探究了液体在圆柱形容器中的动力学特性[5]。
Rumold利用体积法，汽车在恒定制动力矩作用下，研究了双轮、双矩形车箱罐车在非满载情况下的制动特性[6]。
Kang等人为了在研究液体晃动对罐车在转向或制动工况下的影响更加有效，便采用了一种三维的准静态模型来实现探究过程的便捷性 [7]。
1.2.2国内研究现状
1992年，王占歧等人通过建立相匹配的数学模型，针对性研究了使用参数以及结构对罐车制动性能的相关影响，研究结果显示了罐内安装双隔板最佳位置，并得到了制动效果同防波板均分罐体长度的程度的关系。
2001到2003年，科学家在罐车稳定性方面取得了很多的跨越，通过建立不同模型和计算仿真，得出了更加贴合实际也更加具有参考价值的结论。
2009年，康宁、刘奎在研究汽车制动时罐车内液体的振荡方面，在计算的方式上选择了VOF算法进行了计算模拟。
2013年，胡晓明等人为了达成研究罐体内液体的横向晃动问题的分析目的，采用潜在流动理论建立了液体晃动的控制方程[8]。
2014年，赵树恩等人基于多相流模型，运用VOF算法对罐内液体的晃动动力学特性进行了数值模拟，分析了防波板数量、液罐液体体积占比、侧向加速度等方面对其的影响[9]。
2016年，岳宝增,唐勇在研究液体晃动动力学特性方面，研究了在球形贮箱中大幅度晃动的数值模拟。
由罐车行驶稳定性方面的研究历程来看，液体纵向晃动以及罐车制动稳定性的研究已经趋于成熟阶段，而液体横向晃动尤其是非线性运动形态对罐车侧向稳定性影响的研究仍然在迫切需求和逐渐发展阶段。并且伴随计算机仿真技术的发展，数值研究法是研究危化品罐车液体晃动动力学特性的首选方式。现阶段，数值研究法由于其方便、快捷、接近实际工况的特点，逐渐应用广泛。采用计算机仿真的数值研究法，对研究过程中的各种资源需求较少并且计算效率高。因此，本课题对罐车液体晃动的动力学特性研究也将采用计算机仿真的数值研究方法。
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