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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。