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随着海洋资源开发向深海方向发展,浮式生产储油轮(Floating Production Storage and Offloading,FPSO)的运用越发广泛。在FPSO在营运过程中,不可避免的存在波浪运动、船舶运动和液舱晃荡的多重耦合作用。现有的研究中,液舱晃荡对船舶运动的影响经常被忽略或线性处理,实际上船舶运动与液舱晃荡耦合的非线性是极为显著的。本文基于粘流理论并借助CFD软件FINE/Marine对波浪中FPSO液舱晃荡与船舶运动相互耦合作用进行了数值研究,考虑内外流场的非线性作用,论文的主要工作成果如下:(1)围绕载液船舶在波浪中的运动与响应、液舱晃荡、液舱晃荡与船舶运动相互耦合作用的研究进展进行了较为全面的回顾与总结。(2)应用液舱晃荡理论和船舶在波浪中运动理论,建立了液舱晃荡与FPSO运动耦合方程。介绍了基于CFD软件FINE/Marine求解液舱晃荡与FPSO运动相互作用的计算方法与流程。(3)对液舱晃荡进行了数值模拟计算。计算值与公开试验结果进行了比较,验证了数值模拟方法的可行性和有效性。通过网格收敛性分析,得到了最优网格划分方案,为进一步计算分析非线性液舱晃荡与FPSO提供了技术方法。(4)以RANS方程为控制方程,结合VOF方法,采用速度入口造波法及数值耗散与开渠边界相结合的方法消波,建立并验证了三维数值波浪水池。在此基础上数值模拟了自由单浮体在波浪中的运动,并与试验结果进行了对比验证,同时进一步分析了不同波浪周期、不同波高对自由浮体运动响应的影响。(5)基于非线性时域粘流理论研究了非线性液舱晃荡与FPSO运动的相互耦合作用。船体外流场(波浪场)与舱内流场(液体非线性晃荡)均基于粘流理论以及水动力学理论(CFD)同时计算。分别讨论了横浪和迎浪下有无液舱晃荡时的FPSO的运动响应,以分析液舱晃荡对FPSO运动的影响。进一步讨论了液舱载液率和外界波浪因素,如波频、波幅对FPSO运动的影响。最后对大波幅情况下带有低载率液舱的船舶运动进行了数值分析,在船舶运动和液舱晃荡全耦合的情况下,得到了液舱内流体的剧烈晃荡和舱壁的脉冲压力。