基于有限体积法的液体晃动数值模拟

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1、学术论文RESEARCH基于有限体积法的液体晃动数值模拟NumericalSimulationofSloshingWavesBasedonVolumeofFluidMethod西北工业大学欧阳林辉　邓晓涛　霍世慧[摘要]利用有限体积法研究液体晃动行为，对二由于充液容器的液体晃荡现象广泛存在于各类工程系[2]维和三维矩形储液容器液体晃动进行分析，得到液体晃统中，因此对晃动行为开展研究，分析运动规律以及动平均动能时间曲线、瞬时压力图和瞬时速度矢量图对工程结构的影响具有重要意义。等。二维矩形容器的结果与线性解

2、析解具有很好的一众多学者对此展开研究，目前主要的研究方法有3致性，将方法扩展到三维矩形容器的情形，得到液体晃种：经典解析方法、数值模拟方法和试验方法。经典解动平均动能时间曲线、瞬时压力图和瞬时速度矢量图，析方法仅仅适用于少数几何形状规则的情况，而试验方并模拟出液体晃动的行波和驻波现象。有限元体积法法花费巨大，目前研究中采用最多的是数值模拟方法。[3]能分析压力分布图和平均动能曲线，压力分布图能评估AbramsonHN详细讨论了解析方法和试验方法在火箭结构安全性和稳定性，平均动能曲线可以评估液体晃动燃料仓

3、液体晃荡行为的研究，线性解析解在一定条件下[4]噪声水平，对结构设计有重要的指导作用。与试验结果吻合。Housner提出了著名的刚性储液罐关键词：有限体积法　液体晃动　平均动能　压简化模型，将储液罐内流动效应分为脉冲分量和对流分力分布量两部分，脉冲分量用固定质量与惯性矩等效；对流分[5][ABSTRACT]Liquidsloshingareanalyzedusing量用等效原则简化为一弹簧质量系统。刘新立运用thevolumeoffluidmethod.Theliquidsloshinginatwo有限

4、体积法对矩形液舱中的液面晃动进行仿真分析，得[6]dimensionaltankandathreedimensionaltankareana-到了不同时刻舱内液体的液面形状。毛志祥扩展了lyzed.Meankineticenergyandtimecurve,instantaneous拟弹性法并将其用于飞机整体油箱液固耦合振动频率[7]pressurefigure,velocitymagnitudeandvectorsfigureof的计算，计算出的频率与试验结果吻合。G.X.Wu等利theliquids

5、loshing.Theresultsofatwodimensionaltank用基于非线性速度势理论的有限单元法分析了三维储arefoundtobeingoodagreementwiththelinearanalyti-液容器的液体晃动问题。基于位移法的模拟，变量多，calsolutions,whichverifiesthevolumeoffluidmethod.影响计算速度。有限体积法变量大大减少，可以很好Andworkouttheresultofathreedimensionaltank.Mean提

6、高运算效率。因此运用有限体积法对储液容器的液kineticenergyandtimecurve,instantaneouspressurefig-体晃动行为进行数值模拟，开展液体不同时刻的液面形ure,velocitymagnitudeandvectorsfigureoftheliquid状、压力分布和液体晃动的平均动能研究。sloshingareobtained,andtravelingwaveandstandingwaveofliquidsloshingaresimulated.Pressuredi

7、stribu-1　液体晃动基本理论tionfigureandmeankineticcurveareobtainedbythe运动容器中的液体振动的一般问题很难得到精确volumeoffluidmethod.Thestructuralsafetyandstability解，理论分析中通常要用到简化假设。假设一刚性容器，isestimatedbypressuredistributionfigure.Thenoiselevel其中含无旋无粘均匀不可压缩流体。ofliquidsloshingcanbeestim

8、atedbymeankineticenergy坐标系放在液体非扰动平面，x和y轴在液体表面curve,whichisvitaltostructuredesign.平面内，z轴垂直于液体表面。无旋流体假设确保在任Keywords:VolumeoffluidmethodSloshing意单连通区域内存在单值的速度势函数，速度场可以通[8]wavesMeankineticenergyPressuredistribution过取梯度得到。　。（1）